川西亚高山高山森林林窗对凋落叶分解的影响

川西亚高山/高山森林林窗对凋落叶分解的影响凋落物分解是陆地生态系统养分循环和有机物质周转的基本过程,但受到各种生物与非生物因素的影响。林窗对光、温、水等环境因子的再分配,可能改变凋落物分解相关的水热动态及生物活性,从而改变凋落物分解过程。在受季节性雪被影响明显的区域,林冠对林窗内外冬季降雪、光照和其他环境因子的再分配必将影响着季节性雪被期的土壤水热动态及相关的生物活性,从而影响季节性雪被期及生长季节的凋落物分解,而且可能使生长季节与非生长季节的凋落物分解对林窗大小的响应存在截然不同的特征。然而,迄今尚无林窗对不同关键时期的凋落物分解影响的研究报道。因此,本论文以地处青藏高原东缘、受季节性雪被和冻融循环影响明显的川西亚高山/高山森林为研究对象,基于“亚高山/高山森林林窗对凋落物分解过程的影响与林窗大小和海拔决定的季节性雪被有关,不同关键时期(土壤初冻期、深冻期、融化期和生长季节初期、中期、后期)的凋落物分解对林窗的响应不同”的科学假说,采用凋落物分解袋法,研究海拔2998m(A1)、海拔3309m(A2)和海拔3598m(A3)的森林林窗对红桦和岷江冷杉凋落叶分解的影响。主要结果如下：(1)川西高山森林林窗大小以中小型为主,63.64%以折干形成,密度为14.67个/hm-2。扩展林窗(EG)和林冠林窗(CG)分别占森林景观面积的12.60%和23.05%,干扰频率分别为115.25m2hm-2a-1和63.02m2hm-2a-1,林窗周转率为260.30a。林窗以单株形成为主,形成木径级集中于40～60cm,树高主要在25～30m,每株形成EG和CG面积分别为103.20m2和56.43m2。边界木平均胸径为50.16cm,胸径结构分布曲线尖峰左偏,平均胸径和高度与EG和CG面积呈幂函数相关。(2)红桦和岷江冷杉凋落叶两年的质量损失率分别为43.69～51.06%和39.00～47.66%,半分解周期分别为1.782～2.413和2.041～2.768a,非生长季节质量损失占全年质量损失比例分别为39.00～62.05%和46.71～61.32%。与林下相比,林窗形成降低了三个海拔红桦凋落叶质量损失率,且林窗面积越大降低越显著；相反,林窗形成增加了3309m和3598m岷江冷杉凋落叶质量损失率,且林窗面积越大增加越显著,但降低了2998m岷江冷杉凋落叶质量损失率。同时,林窗显著(P<0.05)增加了红桦凋落叶分解周期,且林窗面积越大增加越显著,岷江冷杉凋落叶分解周期在2998m随林窗面积增加而增加,在3309m和3598m随林窗面积增加而降低。另一方面,林窗大小显著影响(P<0.05)红桦和冷杉凋落叶各关键时期的质量损失速率,特别是第一年的质量损失速率。与林下相比,林窗形成显著(P<0.05)降低了三个海拔红桦凋落叶第一年质量损失速率,增加了2998m和3309m第二年质量损失速率；林窗形成显著(P<0.05)增加了3309m和3598m岷江冷杉凋落叶第一年质量损失速率,降低了2998m质量损失速率,而岷江冷杉凋落叶第二年质量损失速率随海拔变化显著不同。(3)林窗形成显著(P<0.05)增加了2998m和3598m红桦凋落叶碳残留质量,对3309m影响不显著;而林窗形成显著降低了3309m和3598m岷江冷杉凋落叶碳残留质量,增加了2998m碳残留质量。林窗对红桦凋落叶氮残留质量的影响随海拔增高而减弱,相反,对岷江冷杉凋落叶氮残留质量的影响表现为3309m>3598m>2998m。林窗形成对红桦和岷江冷杉凋落叶磷残留量的影响无明显的海拔差异。同时,与林下相比,林窗形成显著(P<0.05)降低了2998m和3309m红桦凋落叶第一年碳释放速率,2998m、3598m第一年和3309m第二年氮释放速率以及三个海拔第一年磷释放速率,增加了三个海拔红桦凋落叶第二年碳释放速率,2998m和3598m第二年氮释放速率以及2998m和3309m第二年磷释放速率。而林窗形成显著(P<0.05)增加了3309m和3598m岷江冷杉第一年碳释放速率,2998m第二年、3309m第一年和3598m两年氮释放速率以及3309m第一年和3598m第二年磷释放速率,降低了3309m第二年岷江冷杉凋落叶氮释放速率以及2998m和3598m第一年磷释放速率。(4)2998m、3309m和3598m林窗红桦凋落叶木质素残留质量分别降低了35.44%～54.35%、32.87%～42.74%和12.15%～33.97%,而岷江冷杉凋落叶分别降低了-0.14%～12.83%、3.48%～24.46%和2.46～7.37%。与林下相比,三个海拔大林窗下的红桦凋落叶其木质素残留质量均高于林下,而岷江冷杉凋落叶的木质素残留质量均低于林下。2998m林窗红桦凋落叶木质素损失速率以第一年生长季节最大,3309m和3598m木质素损失速率以第一年非生长季最大,而2998m和3309m林窗岷江冷杉凋落叶木质素损失速率第二年生长季节前表现为净富集现象,但3598m木质素损失速率在第二年非生长季节表现为净释放速率。同时,2298m、3309m和3598m林窗红桦凋落叶纤维素残留质量分别降低了69.30%～71.91%、63.85%～68.86%和65.75%～69.04%,而岷江冷杉凋落叶分别降低了57.94%～62.69%、59.63%～69.72%和57.58%～64.82%。与林下相比,林窗促进了2998m红桦凋落叶纤维素分解,抑制了岷江冷杉凋落叶纤维素分解。与此相反,林窗抑制了3309m和3598m红桦凋落叶纤维素分解,促进了岷江冷杉凋落叶纤维素分解。各海拔林窗两种凋落叶的纤维素损失速率均以第一年非生长季节最高。(5)林窗显著影响(P<0.05)红桦和岷江冷杉凋落叶C/N、木质素/氮比和木质素/纤维素。林窗形成显著降低了2998m和3309m红桦凋落叶第二年内非生长季节及3598m第二年生长季节的C/N,增加了2998m两年的生长后期,3309m两年的生长中期及3598m第一年初冻期和深冻期的C/N。而林窗形成显著降低了2998m和3309m岷江冷杉凋落叶第一年深冻期以及3598m两年初冻期和融化期期的C/N；增加了2998m和3309m两年初冻期及3598m第二年生长初期的C/N。同时,林窗形成显著(P<0.05)增加了红桦凋落叶2998m和3309m第一年初冻期、生长初期及3598m第一年深冻期、融化期的木质素/氮比值；降低了2998m和3309m第二年初冻期、深冻期及3598m第一年生长初期至第二年初冻期的木质素/氮比。林窗形成显著(P<0.05)增加了三个海拔岷江冷杉凋落叶第二年深冻期的木质素/氮比值。此外,林窗形成显著增加红桦凋落叶2998m和3309m第一年初冻期、生长初期、生长中期及3598m第一年融化期至第二年深冻期的木质素/纤维素比；降低了红桦凋落叶2998m和3309m第二年生长后期及3598m第二年融化期至生长中期的木质素/纤维素比。而林窗形成显著(P<0.05)增加了岷江冷杉凋落叶2998m和3309m第一年融化期及3598m第一年深冻期至生长初期的木质素/纤维素比值；降低了2998m和3309m第一年生长初期及3598m两年生长中期的木质素/纤维素比值。(6)三个海拔红桦和冷杉凋落叶质量损失速率与第一年深冻期温度及融化期冻融循环次数显著相关。3598m两个树种凋落叶第一年深冻期碳释放速率与温度显著相关,3309m两个树种凋落叶第二年深冻期碳释放速率与温度显著相关,3309m和3598m两个树种凋落叶碳释放速率与第一年深冻期冻融循环次数显著相关。2998m红桦3309m的岷江冷杉凋落叶氮释放速率与温度显著相关,而3309m红桦和3598m岷江冷杉凋落叶质量损失速率与冻融循环次数显著相关。红桦和岷江冷杉凋落叶磷释放速率非生长季节的温度和冻