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高山林线土壤微生物群落结构对模拟增温的响应

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应用生态学报 2017年第9期28卷 2840-2848页

作者：郑海峰陈亚梅杨林李洪杰王利峰谌贤刘洋高山森林生态系统定位研究站/四川省长江上游林业生态工程重点实验室/四川农业大学生态林业研究所成都611300

研究土壤微生物群落结构对模拟增温的响应,对预测全球气候变化背景下土壤碳氮磷循环具有重要意义.采用开顶式生长室(OTC)模拟增温,研究了土壤有机质层和矿质土壤层真菌(F)、细菌(B)、革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌(G-)PLFAs微生物量,... 详细信息

研究土壤微生物群落结构对模拟增温的响应,对预测全球气候变化背景下土壤碳氮磷循环具有重要意义.采用开顶式生长室(OTC)模拟增温,研究了土壤有机质层和矿质土壤层真菌(F)、细菌(B)、革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌(G-)PLFAs微生物量,以及真菌/细菌(F/B)和革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌(G-/G+)比值对模拟增温的响应.结果表明:OTC模拟增温使空气温度增加0.87℃,土壤有机质层温度增加0.5℃,矿质土壤层温度增加0.23℃.土壤有机质层微生物群落组成比矿质土壤层对模拟增温的响应更敏感.细菌比真菌对模拟增温的响应更加敏感,模拟增温显著影响了土壤有机质层的F/B和G-/G+比值,对矿质土壤层的所有PLFAs含量或比值均没有显著影响.微生物的PLFAs含量及真菌/细菌和G-/G+比值总体呈现非生长季低于生长季前期和生长季后期.冗余分析表明,土壤中的碳含量(可溶性有机碳DOC 12.1%、凋落物可溶性碳DC 9.5%和全碳TC 3%)是微生物群落结构的决定性因素,可溶性组分(DOC和DC)对微生物群落结构的影响大于全量养分(全碳和总氮).

关键词：土壤微生物群落结构模拟增温高山林线土壤碳氮磷磷脂脂肪酸

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全球变暖背景下高山林线交错带的动态综述

Journal of Resources and Ecology 2022年第3期13卷 476-482页

作者：徐丹丹安德帅朱建琴南京林业大学生物与环境学院南京210037 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 武夷山国家公园科研监测中心福建武夷山354300

高山林线交错带是亚高山森林与苔原之间、亚高山森林与无树草原之间的过渡带状区域,是生物多样性热点区域,具有营养物质输入源和低海拔生态系统的碳固存等不可替代的生态功能,提供着各种生态系统服务。与高山林线交错带相关的三种树线... 详细信息

高山林线交错带是亚高山森林与苔原之间、亚高山森林与无树草原之间的过渡带状区域,是生物多样性热点区域,具有营养物质输入源和低海拔生态系统的碳固存等不可替代的生态功能,提供着各种生态系统服务。与高山林线交错带相关的三种树线是树种线、林线和木材线。由于高山林线交错带占据了树种耐受温度极限的极端区域,对气候变化非常敏感,经常被用作植被对全球变暖响应的指标。随着全球气候变暖的加剧和不同气候区海拔梯度的变化,高山林线交错带中的树高和生物量也会发生显著变化。同时分布在全球不同气候带上的林线变化也表现出不同的规律,其中的原因包括温度升高程度的不一致、优势种和植物群落的不同、人为干扰程度的不同等。另外,关于林线推进的驱动因素也无一致的研究结果,不同气候区之间的研究结果可能会相互矛盾。然而,目前在气候变化下的高山林线发展领域,缺乏全面的综述。因此,本文从以下四个方面对此前的研究进行了总结,并探讨了高山林线动态变化的理论基础和挑战:(1)高山林线动态变化的生态功能和生态问题;(2)监测高山林线动态变化的研究方法;(3)全球不同气候区的林线迁移;(4)林线向上迁移的驱动因素。

关键词：高山林线林线交错带林线动态变化林线向上迁移

川西高山林线土壤活性碳、氮对短期增温的响应

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应用生态学报 2019年第3期30卷 718-726页

作者：马彩霞李洪杰郑海峰陈亚梅杨林王利峰张健刘洋长江上游森林资源保育与生态安全国家林业局重点实验室长江上游生态安全协同创新中心高山森林生态系统定位研究站四川农业大学林学院生态林业研究所成都611130

随着温室效应的加剧,受低温限制的高山林线生态系统对全球气候变暖较为敏感,可能直接影响到植物的生长和土壤碳氮过程.本研究假设气候变暖会改变高山生态系统土壤活性碳氮含量,在四川省理县米亚罗高山生态系统定位站,采用开顶式模拟增... 详细信息

随着温室效应的加剧,受低温限制的高山林线生态系统对全球气候变暖较为敏感,可能直接影响到植物的生长和土壤碳氮过程.本研究假设气候变暖会改变高山生态系统土壤活性碳氮含量,在四川省理县米亚罗高山生态系统定位站,采用开顶式模拟增温装置(OTC)模拟增温对土壤活性碳、氮的短期影响.分别于2017年4、7和10月,采集OTC以及对照样地(CK)内土壤有机层和矿质土壤层的原状土壤,测定土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤可溶性有机氮(DON)和土壤微生物生物量氮(MBN)含量.结果表明:模拟增温使年均气温升高0.88℃,土壤有机层和矿质土壤层的年均温度分别提高0.48和0.23℃.模拟增温没有显著改变土壤有机质和含水量,但显著提高了矿质土壤层的pH值,同时显著降低了非生长季矿质土壤层的DOC、DON含量;季节变化对两个层次的DOC、DON和MBN含量有极显著影响,而MBC没有明显的季节动态;增温和季节交互作用对矿质土壤层的DOC和DON有显著影响.土壤有机层的MBC、MBN含量显著高于矿质土壤层.土壤活性碳、氮与土壤有机质和含水量呈极显著正相关,MBC、MBN与土壤pH呈极显著正相关,MBN与土壤温度呈显著负相关.

关键词：高山林线气候变化开顶式增温土壤活性碳土壤活性氮

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高山林线土壤活性有机碳氮对模拟增温的响应

高山林线土壤活性有机碳氮对模拟增温的响应

作者：李洪杰四川农业大学

学位级别：硕士

目前全球变暖已经是不争的事实,气候变化引起的土壤温度、含水率的变化等都会对土壤微环境造成影,进而影响生态系统中土壤活性有机碳氮的含量。土壤活性有机碳氮是对土壤质量变化响应最敏感和快速的土壤活性养分指标,在维持森林生态系... 详细信息

目前全球变暖已经是不争的事实,气候变化引起的土壤温度、含水率的变化等都会对土壤微环境造成影,进而影响生态系统中土壤活性有机碳氮的含量。土壤活性有机碳氮是对土壤质量变化响应最敏感和快速的土壤活性养分指标,在维持森林生态系统养分平衡方面发挥十分重要的作用,其主要包括土壤微生物生物量碳氮及土壤可溶性有机碳氮。高山林线不仅是对全球气候变暖响应最为敏感的地区之一,也是陆地生态系统对全球气候变化响应的关键地段。目前关于气候变暖对高纬度和高海拔地区土壤活性有机碳氮的影响研究较多,但研究结果不尽相同。因此本研究通过采用在高山林线搭设开顶式增温装置,模拟气候变暖对川西高山林线交错带两个土壤层次土壤活性有机碳氮的影响。搭设开顶式增温装置使样地内土壤有机层第一年年平均温度增加0.49℃,第二年增加0.71℃;使样地内矿质土壤层第一年年平均温度增加0.34℃,第二年增加0.50℃;使样地内第二年空气温度增加1.03℃。在生长季节增温幅度大于非生长季节。模拟增温对两个土壤层次土壤微生物生物量碳氮无显著影响;采样时间对两个土壤层次土壤微生物生物量碳氮影响显著。土壤微生物生物量碳与土壤全碳、全氮、全磷、可溶性无机碳、铵态氮、硝态氮相关性显著。土壤微生物生物量氮与土壤可溶性碳氮磷、含水率及pH相关性显著。土壤有机层土壤微生物生物量碳氮含量高于矿质土壤层。模拟增温对土壤有机层土壤可溶性有机氮无显著影响;模拟增温对矿质土壤层土壤可溶性有机碳影响不显著。模拟增温对矿质土壤层土壤可溶性有机氮影响显著;模拟增温对土壤有机层土壤可溶性有机碳显著影响。采样时间对两个土壤层次土壤可溶性有机碳氮影响显著。土壤全碳、可溶性无机碳、铵态氮、硝态氮与土壤可溶性有机碳相关性显著。土壤可溶性有机氮与全碳、全氮、土壤可溶性碳氮磷及含水率相关性显著。土壤有机层土壤可溶性有机碳氮含量高于矿质土壤层。土壤可溶性有机碳氮含量在生长季节前期低于其他季节。模拟增温对两个土壤层次硝态氮有显著影响;模拟增温对土壤铵态氮及土壤可溶性碳氮磷无显著影响。土壤铵态氮与土壤全碳、全磷及含水率相关性显著,土壤硝态氮与土壤全碳、全氮、全磷、pH及含水率相关性显著。土壤可溶性碳氮磷与土壤全碳、全氮、全磷、pH及含水率相关性显著。综上所述,模拟增温增加了两个土壤层次土壤温度,在生长季节温度幅度大于非生长季节。模拟增温对两个土壤层次硝态氮有显著影响,在矿质土壤层模拟增温对土壤可溶性有机氮影响显著;在土壤有机层模拟增温对土壤可溶性有机碳显著影响。这说明不同土壤层次的土壤活性有机碳氮对模拟增温的响应并不一致,未来全球气候变暖可能会影响土壤碳氮过程进而影响生态系统中的土壤碳氮循环。

关键词：模拟增温开顶式增温装置高山林线土壤活性有机碳氮

高山林线植物功能群丧失对凋落物分解及化学计量特征的影响

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高山林线植物功能群丧失对凋落物分解及化学计量特征的影响

作者：王利峰四川农业大学

学位级别：硕士

气候变化影响了生态系统中的生物多样性变化,这可能导致植物功能群的丧失并对生态系统服务功能具有深远的意义,高山生态系统尤为显著。凋落物分解作为生态系统重要过程之一,影响着植物的生产力,通过植物化学计量特征研究其物种多样性的... 详细信息

气候变化影响了生态系统中的生物多样性变化,这可能导致植物功能群的丧失并对生态系统服务功能具有深远的意义,高山生态系统尤为显著。凋落物分解作为生态系统重要过程之一,影响着植物的生产力,通过植物化学计量特征研究其物种多样性的作用也得到充分的关注。研究中多采用混合凋落物为手段探讨植物功能群丧失的影响机制,传统观点认为物种丰富度改变可能对凋落物分解产生显著影响,而近期研究发现凋落物物种组成的功能类型(Functional type)可能将会大于物种多样性对分解的影响,强调了物种功能性状与生态系统的相互关系。高山林线生态系统对气候变化的响应较为敏感,是监测气候变化的天然实验平台。因而本研究立足川西高山林线交错带,采用凋落袋法,选择当地6种代表性植物功能群为研究对象,研究某一植物功能群丧失可能对凋落物分解的影响机制,检测其分解速率,质量损失,化学计量特征值,化学组分不同阶段的动态变化,并通过不同的海拔梯度来模拟增温,预测全球气候变化对植物凋落物分解的影响,结果表明:(1)Olson经典指数衰减模型表明不同处理显著影响凋落叶分解速率(k),单一物种k值变化为0.14-0.75 yr,植物功能群丧失之后混合凋落叶k值为0.26-0.36 yr。植物功能群的丧失后凋落物分解速率呈现抑制效应,并受到海拔梯度显著的调控。比如蕨类的丧失显著降低混合凋落物分解速率的抑制效应,同时海拔上移至林线分解速率将显著加快。(2)分解时期显著影响混合凋落物的失重率,质量损失率为35.07-47.03%;植物功能群丧失后凋落物的失重率在当年分解较高,生长季高于非生长季。丧失常绿灌木将显著加速凋落物分解,林线处分解亦受到蕨类(加速)和禾本科草(降低)的显著影响。植物功能群丧失导致混合凋落物分解的质量损失率呈现非加和效应,具体表现为抑制,这可能与C元素(正相关)以及C/N(负相关)有关,林线处质量损失率的非加和效应还受到P元素显著调控,丧失蕨类将会改变交错带凋落物分解的非加和效应。(3)经过2年分解,植物功能群丧失后的凋落物分解C元素表现为释放(40.86%-55.05%),非加和效应表现为抑制,这可能是因为植物功能群丧失后C释放主要发生在第一年。而N元素表现为积累(-18.23%-2.11%),其非加和效应由物种决定,例如常绿灌木和乔木的缺失将加速该种非加和效应。海拔梯度显著调控植物功能群丧失后分解的P释放(31.49%-49.29%),在针叶林表现为协同效应,而林线表现为抑制效应;同时乔木,常绿灌木,蕨类以及禾本科草的丧失均会显著影响该区域P元素的释放。(4)研究期间,混合凋落物组分均发生降解,水溶性组分为35.15%-56.06%、有机溶性组分22.79%-55.27%、酸溶性组分为11.81%-73.78%以及酸不溶性组分-5.38%-45.43%。植物功能群丧失显著影响水溶性组分的变化,相似于有机组分的是在当年分解量均较大,分解后期均出现累积。酸溶以及酸不溶组分均表现为降解。同时,酸溶组分在次年非生长季出现累积,酸不溶组分分解前期出现了累积。海拔梯度调控了有机组分以及水溶性组分的非加和效应,低海拔将直接导致水溶性组分出现协同效应,而乔木,常绿灌木以及蕨类功能群丧失可能导致酸溶以及酸不溶组分的协同效应。综上,时间动态显著影响植物功能群丧失的凋落物分解,水溶性组分和有机组分最先释放,酸不溶组分累积,伴随分解的继续酸溶性组分的降解增加,相应酸不溶性组分亦发生降解。植物功能群丧失后基质质量的变化直接影响了凋落物分解中主控因子由C、P元素转变为N元素以及酸不溶组分。不同物种以及混合处理的凋落物分解均受到海拔梯度显著调控,日平均温度以及积温显著改变了植物功能群丧失后凋落物分解过程,正积温的作用尤为显著。为期两年的研究发现,生物多样性的降低导致植物功能群丧失受到环境因子和植物功能性状显著调控,强调了植物化学计量特征值对凋落物分解的重要性。这对维持高山林线生态系统的凋落物分解具有重要的意义,亦更全面认识气候变化对生物化学循环的影响机制。

关键词：凋落物分解高山林线植物功能群丧失化学计量特征值海拔梯度混合效应

植物群落类型和围栏封育对高山林线岷江冷杉幼苗成活的影响

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生态学报 2020年第2期40卷 640-647页

作者：张彦莉庞晓瑜申静霞袁秀锦李迈和贺云龙雷静品中国林业科学研究院林业研究所国家林业和草原局林木培育重点实验室北京100091 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所北京100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 瑞士联邦森林、雪和景观研究所瑞士苏黎世CH-8903 东北师范大学地理科学学院长春130024

林线树种幼苗的生长紧密关系着高山林线的形成。通过室内发芽实验测定了岷江冷杉种子萌发能力。2015年春,在川西巴郎山岷江冷杉林线之上的高山林线交错带,通过播种处理(播种和不播种),研究了不同植物群落类型(灌木和草地群落)和围栏处理... 详细信息

林线树种幼苗的生长紧密关系着高山林线的形成。通过室内发芽实验测定了岷江冷杉种子萌发能力。2015年春,在川西巴郎山岷江冷杉林线之上的高山林线交错带,通过播种处理(播种和不播种),研究了不同植物群落类型(灌木和草地群落)和围栏处理(围栏和不围栏)对岷江冷杉幼苗成活率的影响,以期为进一步探讨高山林线形成机制提供科学参考。结果表明:(1)岷江冷杉室内发芽率31.4%,成活率随时间下降。(2)灌木群落的全年日平均空气温湿度显著高于草本群落,而两群落的全年日平均土壤温度无显著差异。(3)未播种样地没有发现岷江冷杉幼苗,说明林线交错带缺乏岷江冷杉种子。(4)与不围栏样地相比,围栏封育分别显著提高了岷江冷杉幼苗成活率2.0%(2015年)和2.2%(2016年);与灌木群落相比,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著提高0.8%(2015年)和1.2%(2016年),说明灌木对林线交错带幼苗更新具有更强的竞争作用。围栏处理下,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著高于灌木群落;不围栏处理下,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著低于灌木群落,2017年在不围栏样地没有幼苗存活,说明动物干扰对林线交错带森林更新有阻碍作用。研究表明,高山林线交错带森林更新,受种子、植物竞争和动物干扰(例如,放牧)等多方面因素的共同影响,可以通过播种、植物剔除(去除竞争)和围栏等促进幼苗更新和成活。

关键词：围栏封育群落类型岷江冷杉高山林线

祁连山中段西水林区高山林线土壤温湿度变化特征

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水文 2021年第6期41卷 85-90页

作者：赵志强刘贤德田青赵维俊马剑敬文茂刘思敏甘肃农业大学林学院甘肃兰州730070 甘肃省祁连山水源涵养林研究院甘肃张掖734000 中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

以祁连山西水林区高山林线为研究对象,利用土壤温湿度自动监测系统对高山林线处土壤温湿度进行连续1年监测,旨在探讨高山林线处土壤温湿度变化特征及其耦合关系。结果表明:10cm处土壤温度日变化呈正弦曲线变化趋势,20cm处土壤温度日变... 详细信息

以祁连山西水林区高山林线为研究对象,利用土壤温湿度自动监测系统对高山林线处土壤温湿度进行连续1年监测,旨在探讨高山林线处土壤温湿度变化特征及其耦合关系。结果表明:10cm处土壤温度日变化呈正弦曲线变化趋势,20cm处土壤温度日变化呈现先降低后增加趋势,20cm以下土壤温度日变化不明显;各土层土壤温度年变化均呈先降低后增加再降低的变化趋势。不同土层土壤湿度的日变化趋势不明显,各土层土壤湿度为60cm>20cm>10cm>40cm;不同土层土壤湿度的年变化总体呈先增加后减小的趋势。不同土层的土壤温度和湿度耦合关系良好,呈现极显著正相关关系,并且随着土壤深度的增加,土壤温度与湿度的相关系数逐渐下降。

关键词：高山林线土壤温湿度耦合关系

青藏高原东北部不同降水梯度下高山林线祁连圆柏径向生长与气候关系的比较

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植物生态学报 2018年第1期42卷 66-77页

作者：宋文琦朱良军张旭王晓春张远东东北林业大学林学院生态研究中心哈尔滨150040 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业局森林生态环境重点实验室北京100091

为了了解青藏高原东北部不同降水梯度下,高山林线处的树木径向生长与气候关系是否存在差异,在青海东北部从西北到东南沿降水梯度设置3个高山林线采样点:乌兰县哈里哈图国家森林公园(HL,年降水量217 mm)、都兰县曲什岗(QS,281 mm)和同德... 详细信息

为了了解青藏高原东北部不同降水梯度下,高山林线处的树木径向生长与气候关系是否存在差异,在青海东北部从西北到东南沿降水梯度设置3个高山林线采样点:乌兰县哈里哈图国家森林公园(HL,年降水量217 mm)、都兰县曲什岗(QS,281 mm)和同德县河北林场(HB,470 mm),运用树轮年轮学方法分析林线优势种祁连圆柏(Sabina przewalskii)的径向生长-气候关系随降水梯度的变化规律。结果表明:不同降水梯度下,降水对祁连圆柏径向生长的限制作用差异不明显,但温度对祁连圆柏径向生长的影响存在显著差异。在低降水区域(HL),冬、夏季最低气温主要限制祁连圆柏径向生长,并且在不同气候特征年中无明显变化;在中降水区域(QS),祁连圆柏的径向生长明显受冬季最低气温影响,与低降水区域相比,春、夏季最低气温对祁连圆柏径向生长的限制作用减弱,并且主要限制因子在不同气候特征年存在显著变化;在高降水区域(HB),冬、夏季最低气温对祁连圆柏径向生长的限制作用不显著,而春、秋季最低气温对祁连圆柏径向生长的抑制作用显著增加,并且主要集中在高温年和干旱年。该研究结果并未支持干旱(湿润)区高山林线树木径向生长主要由水分(温度)限制的假说,但是林线处降水量会影响树木生长与温度的关系。随着青藏高原东北部暖湿化加剧,不同地区林线处树木生长的气候限制因子可能存在复杂化趋势。

关键词：高山林线气候限制因子降水梯度祁连圆柏青藏高原树轮指数

川西高山林线三种灌木凋落叶分解中的无脊椎动物多样性

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生态学报 2016年第17期36卷 5497-5507页

作者：和润莲陈亚梅邓长春杨林刘军伟杨万勤张健刘洋四川农业大学生态林业研究所高山森林生态系统定位研究站长江上游林业生态工程重点实验室长江上游生态安全协同创新中心成都611130

以无脊椎动物为主体的土壤动物是影响凋落物分解的重要生物因素,对维持陆地生态系统物质循环和能量流动具有重要作用。高山林线交错带是高山植被垂直带谱中重要的过渡区域,拥有比相邻生态系统更高的生境复杂性和物种多样性。林线上温度... 详细信息

以无脊椎动物为主体的土壤动物是影响凋落物分解的重要生物因素,对维持陆地生态系统物质循环和能量流动具有重要作用。高山林线交错带是高山植被垂直带谱中重要的过渡区域,拥有比相邻生态系统更高的生境复杂性和物种多样性。林线上温度波动和冻融循环频率显著高于针叶林,为了了解林线交错带上环境差异对凋落物分解过程中的土壤动物群落结构和多样性的影响,采用凋落物分解袋的方法,于高山生态系统的两个主要时期,即雪被末期和生长季末期,研究了林线主要代表性灌木——高山柳(Salix cupularis)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)和红毛花楸(Sorbus rufopilosa)凋落叶分解的土壤动物多样性特征。结果表明:凋落物中的无脊椎动物群落多样性及个体、类群密度随物种、海拔梯度和季节而变化,且季节差异对无脊椎动物多样性的影响比物种和海拔梯度更显著。3个因子的交互作用不仅影响土壤动物群落多样性和均匀度,而且影响群落个体密度和类群密度。雪被末期,凋落物中的无脊椎动物多样性指数H、均匀度指数J及丰富度指数D以针叶林最高,优势度指数C以林线最高;生长季节末期的无脊椎动物类群密度和个体密度显著高于雪被末期。总体上,凋落物中的无脊椎动物群落丰富度以生长季末期最高,林线较针叶林丰富。这意味着,未来气候变暖情景下,灌丛密度增加,凋落物输入量增大,可能导致无脊椎动物多样性增加。

关键词：无脊椎动物高山林线灌木凋落叶雪被