青藏高原东部高寒灌丛土壤养分有效性对增温的响应及其影响因素

作     者：刘美 马志良 

作者机构：绵阳师范学院生态安全与保护四川省重点实验室 西华师范大学生命科学学院西南野生动植物资源保护教育部重点实验室 

出 版 物：《生态学报》 (Acta Ecologica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

基　　金：西华师范大学基本科研业务费项目(19B036) 四川省科技计划资助项目(2023ZYD0102) 绵阳师范学院科研启动项目(QD2021A37) 西南野生动植物保护教育部重点实验室基金(XNYB22-05) 

主　　题：增温 高寒灌丛 养分有效性 养分矿化 

摘      要：高寒生态系统植物生长和土壤微生物生态过程受土壤氮、磷养分有效性的严重限制。全球气候变暖可显著改变青藏高原高寒生态系统植物群落生长与土壤微生物群落结构与活性，深刻改变土壤养分矿化与循环过程，进而影响土壤氮、磷养分有效性。然而，截至目前，我们对气候变暖如何影响青藏高原高寒灌丛土壤氮、磷养分有效性的认识还不够深入。为了揭示气候变暖对高寒灌丛土壤养分有效性的影响，以青藏高原东部典型的窄叶鲜卑花高寒灌丛生态系统为研究对象，探讨高寒灌丛生长季不同时期可溶性有机碳（DOC）、无机氮（DIN）和有效磷（AvP）含量与化学计量比的动态变化及其对增温的响应，并分析影响土壤养分有效性的主要环境因子。研究结果表明：高寒灌丛生长季土壤有效养分含量季节动态明显。土壤DOC含量表现出先降低后增加的趋势，在生长季中期达到最低值；土壤DIN含量、土壤铵态氮、硝态氮含量及土壤AvP含量在整个生长季均表现出增加的趋势，均在生长季末期达到最大值。增温没有显著改变高寒灌丛整个生长季空气温度，增温使整个生长季土壤温度显著提高1.3℃，同时使土壤水分显著降低2.2%。增温使高寒灌丛整个生长季土壤DOC和AvP含量分别显著增加3.5%—9.9%和4.8%—33.7%。然而，增温仅在生长季中期使土壤DIN含量显著增加17.5%，在生长季末期使土壤DIN含量显著降低21.8%；生长季末期土壤DIN含量降低主要源于土壤硝态氮含量降低；但增温对整个生长季土壤铵态氮含量没有显著影响。同时，增温使生长季末期土壤DOC:DIN比显著增加37.3%，使生长季中期土壤DOC:AvP比显著降低17.9%，使生长季中期和末期土壤DIN:AvP比显著降低12.2%—25.7%。冗余分析和Pearson相关分析表明，土壤温度、土壤水分、土壤微生物生物量碳含量和脲酶活性是影响高寒灌丛土壤养分有效性的主要因子，它们能解释土壤有效养分含量大部分变异。这些结果表明，未来全球气候变暖可通过提高土壤温度、促进土壤养分矿化过程，加速土壤有效养分转化与循环速率，从而显著影响土壤有效养分含量。以上结果可为深入认识气候变暖情景下青藏高原高寒灌丛土壤养分转化与循环过程提供基础数据，同时也可为青藏高原高寒灌丛生态系统可持续经营与管理提供科学参考。