雪被斑块对川西亚高山云杉林土壤氮转化的影响

发布时间：2020-08-02 19:54

【摘要】：高山原始森林普遍存在的林窗、树木的遮挡与集流作用及微地形的影响,使高山森林内普遍存在雪被覆盖厚度及持续时间等明显不同的雪被斑块。高山森林土壤氮转化受到土壤生物和非生物因子(如：水热条件和冻融循环等)所调控。雪被的绝热效应(insulating effect)、土壤冻融循环和冻结强度与雪被厚度/密度密切相关。因此,雪被斑块的形成可能改变土壤氮循环的微环境条件,从而对高山森林土壤氮转化过程产生显著影响,但一直缺乏相应的关注。鉴于此,本研究利用林冠对冬季降雪再分配,于2012/2013年冬季和2013/2014年冬季,在海拔3000 m云杉林地选取3类雪被斑块,即厚雪被斑块(deep snowpack, DS)、中厚度雪被斑块(middle snowpack, MS)和浅雪被斑块(shallow snowpack, SS)、结合野外定位监测和室内分析的方法,探讨亚高山云杉林土壤氮动态对异质性雪被的响应。主要研究结果如下：(1)两年冬季内3类雪被斑块5 cm土壤温度和样地大气日均温度变化趋势基本一致,均先下降再升高,并且均以浅雪被斑块(SS)日均温波动最大。土壤温度随着雪被厚度的增加而增加。2012/2013年冬季和2013/2014年冬季5 cm土壤平均温度分别为DS(-0.57 ℃) MS(-0.65℃) SS(-0.82℃), DS(-0.83℃) MS(-0.87℃) SS(-1.00℃)。各雪被斑块两年冬季平均土壤含水量表现为SS(44.56%) MS(39.57%)DS(38.49%),并且土壤含水量均在雪被形成期(SFP)和雪被融化期(SMP)表现为浅雪被斑块(SS)显著高于厚雪被斑块(DS),而雪被稳定期(SSP)各雪被斑块土壤含水量差异不显著。(2)两个冬季土壤活性氮库均存在明显的动态变化,土壤NH4+-N、NO3--N、MBN含量都以雪被融化期(SMP)最高。该区冬季土壤NO3--N含量(16.69～71.13 mg/kg)显著高于NH4+-N含量(0.25-6.04 mg/kg)。两年冬季土壤MBN平均含量DS(11.64 mg/kg)MS(11.10 mg/kg)SS(9.45 mg/kg)。雪被斑块对土壤NH4+-N、MBN含量无显著影响,而对土壤NO3--N含量影响显著。总体上,土壤NH4+-N和NO3--N含量为SS或MS雪被斑块DS雪被斑块。2013/2014年冬季土壤NH4+-N和NO3--N含量均比2012/2013年冬季高。(3)两个冬季3类雪被斑块土壤净硝化速率(0.09～0.34 mg kg-1 d-1)远高于净氨化速率(0.01～0.03 mgkg-1 d-1),并决定该区森林土壤净氮矿化(0.14-0.36 mgkg-1 d-1)。2013/2014年冬季土壤净氮矿化速率比2012/2013年冬季有所下降,DS、MS和SS雪被斑块分别降低了56.34%、64.87%和21.89%。统计分析表明,雪被斑块对土壤氮转化速率的影响与采样时期和雪被厚度有关。总体上看,土壤净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率均随雪被厚度的减少而升高,但差异不显著。两年冬季各雪被斑块土壤平均净氮矿化速率MS(0.25 mg kg-1 d-1)DS(0.19 mg kg-1 d-1) SS(0.13 mg kg-1)。(4)两年冬季3种土壤氮转化酶活性(脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶)存在明显的季节动态,3种土壤酶活性均在雪被融化期(SMP)最大。两年冬季,SS雪被斑块的3种土壤氮转化酶活性是DS雪被斑块的0.8-3.9倍。雪被斑块对土壤氮转化酶活性的影响与季节和酶种类有关。在雪被形成期和消融期,SS雪被斑块3种土壤氮转化酶活性高于另外两个雪被斑块,而在雪被稳定期,MS或DS雪被斑块土壤氮转化酶活性相对较高。相关分析表明脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性与温度、水分密切相关。(5)从雪被形成期(SFP)到雪被稳定期(SSP),随着温度的下降,3类雪被斑块土壤AOB和AOA数量都明显降低。雪被斑块显著影响土壤AOB和AOA基因丰度,而两者的基因丰度对雪被斑块具有不同响应特征。对土壤AOB而言,DS或MS雪被SS雪被,而AOA数量则表现为SS或MS雪被DS雪被。综上所述,雪被厚度减小降低了川西亚高山云杉林冬季土壤温度；川西亚高山云杉林冬季仍存在较高的土壤无机氮库；此外,土壤氨化、硝化、固持和反硝化过程随雪被进程存在明显的季节动态；土壤氮转化过程与雪被斑块厚度及雪被进程(季节)密切相关。因此,未来气候变化所引发的季节性雪被减少可能通过改变土壤环境因子(水热条件)和冻融循环影响土壤氮转化微生物和酶活性,进而对川西亚高山森林冬季土壤氮动态产生深远影响。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S714

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本文编号：2778984