【摘要】：高山原始森林普遍存在的林窗、樹木的遮擋與集流作用及微地形的影響,使高山森林內普遍存在雪被覆蓋厚度及持續(xù)時間等明顯不同的雪被斑塊。高山森林土壤氮轉化受到土壤生物和非生物因子(如：水熱條件和凍融循環(huán)等)所調控。雪被的絕熱效應(insulating effect)、土壤凍融循環(huán)和凍結強度與雪被厚度/密度密切相關。因此,雪被斑塊的形成可能改變土壤氮循環(huán)的微環(huán)境條件,從而對高山森林土壤氮轉化過程產生顯著影響,但一直缺乏相應的關注。鑒于此,本研究利用林冠對冬季降雪再分配,于2012/2013年冬季和2013/2014年冬季,在海拔3000 m云杉林地選取3類雪被斑塊,即厚雪被斑塊(deep snowpack, DS)、中厚度雪被斑塊(middle snowpack, MS)和淺雪被斑塊(shallow snowpack, SS)、結合野外定位監(jiān)測和室內分析的方法,探討亞高山云杉林土壤氮動態(tài)對異質性雪被的響應。主要研究結果如下：(1)兩年冬季內3類雪被斑塊5 cm土壤溫度和樣地大氣日均溫度變化趨勢基本一致,均先下降再升高,并且均以淺雪被斑塊(SS)日均溫波動最大。土壤溫度隨著雪被厚度的增加而增加。2012/2013年冬季和2013/2014年冬季5 cm土壤平均溫度分別為DS(-0.57 ℃) MS(-0.65℃) SS(-0.82℃), DS(-0.83℃) MS(-0.87℃) SS(-1.00℃)。各雪被斑塊兩年冬季平均土壤含水量表現(xiàn)為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)表現(xiàn)為淺雪被斑塊(SS)顯著高于厚雪被斑塊(DS),而雪被穩(wěn)定期(SSP)各雪被斑塊土壤含水量差異不顯著。(2)兩個冬季土壤活性氮庫均存在明顯的動態(tài)變化,土壤NH4+-N、NO3--N、MBN含量都以雪被融化期(SMP)最高。該區(qū)冬季土壤NO3--N含量(16.69～71.13 mg/kg)顯著高于NH4+-N含量(0.25-6.04 mg/kg)。兩年冬季土壤MBN平均含量DS(11.64 mg/kg)MS(11.10 mg/kg)SS(9.45 mg/kg)。雪被斑塊對土壤NH4+-N、MBN含量無顯著影響,而對土壤NO3--N含量影響顯著。總體上,土壤NH4+-N和NO3--N含量為SS或MS雪被斑塊DS雪被斑塊。2013/2014年冬季土壤NH4+-N和NO3--N含量均比2012/2013年冬季高。(3)兩個冬季3類雪被斑塊土壤凈硝化速率(0.09～0.34 mg kg-1 d-1)遠高于凈氨化速率(0.01～0.03 mgkg-1 d-1),并決定該區(qū)森林土壤凈氮礦化(0.14-0.36 mgkg-1 d-1)。2013/2014年冬季土壤凈氮礦化速率比2012/2013年冬季有所下降,DS、MS和SS雪被斑塊分別降低了56.34%、64.87%和21.89%。統(tǒng)計分析表明,雪被斑塊對土壤氮轉化速率的影響與采樣時期和雪被厚度有關�？傮w上看,土壤凈氨化速率、凈硝化速率和凈氮礦化速率均隨雪被厚度的減少而升高,但差異不顯著。兩年冬季各雪被斑塊土壤平均凈氮礦化速率MS(0.25 mg kg-1 d-1)DS(0.19 mg kg-1 d-1) SS(0.13 mg kg-1)。(4)兩年冬季3種土壤氮轉化酶活性(脲酶、硝酸還原酶和亞硝酸還原酶)存在明顯的季節(jié)動態(tài),3種土壤酶活性均在雪被融化期(SMP)最大。兩年冬季,SS雪被斑塊的3種土壤氮轉化酶活性是DS雪被斑塊的0.8-3.9倍。雪被斑塊對土壤氮轉化酶活性的影響與季節(jié)和酶種類有關。在雪被形成期和消融期,SS雪被斑塊3種土壤氮轉化酶活性高于另外兩個雪被斑塊,而在雪被穩(wěn)定期,MS或DS雪被斑塊土壤氮轉化酶活性相對較高。相關分析表明脲酶、硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性與溫度、水分密切相關。(5)從雪被形成期(SFP)到雪被穩(wěn)定期(SSP),隨著溫度的下降,3類雪被斑塊土壤AOB和AOA數(shù)量都明顯降低。雪被斑塊顯著影響土壤AOB和AOA基因豐度,而兩者的基因豐度對雪被斑塊具有不同響應特征。對土壤AOB而言,DS或MS雪被SS雪被,而AOA數(shù)量則表現(xiàn)為SS或MS雪被DS雪被。綜上所述,雪被厚度減小降低了川西亞高山云杉林冬季土壤溫度；川西亞高山云杉林冬季仍存在較高的土壤無機氮庫；此外,土壤氨化、硝化、固持和反硝化過程隨雪被進程存在明顯的季節(jié)動態(tài)；土壤氮轉化過程與雪被斑塊厚度及雪被進程(季節(jié))密切相關。因此,未來氣候變化所引發(fā)的季節(jié)性雪被減少可能通過改變土壤環(huán)境因子(水熱條件)和凍融循環(huán)影響土壤氮轉化微生物和酶活性,進而對川西亞高山森林冬季土壤氮動態(tài)產生深遠影響。
【學位授予單位】：四川農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S714

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