季节性雪被对高山林线交错带凋落叶分解的影响

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植物凋落叶分解是陆地生态系统物质循环和能量转换的主要途径。高山林线交错带是陆地生态系统对气候变化响应的敏感区域。研究该区域凋落叶分解过程中的质量损失、元素释放和组分降解,对于深入了解和预测全球气候变化对高山生态系统的影响具有重要的意义。因此,本研究采用凋落袋分解法,于2012年10月至2014年11月,对川西高山林线交错带12个优势物种凋落叶在三个植被类型下(暗针叶林-高山林线-高山草甸)共两年(两个雪被期和两个生长季)分解过程中的质量损失、碳、氮、磷、可溶性碳和总酚的释放及纤维素和木质素的降解进行研究,探讨季节性雪被对质量损失、元素释放和组分降解的影响,以及分析质量损失与凋落叶初始质量、凋落叶动态质量及环境因子的关系,结果显示:1)高山林线交错带从暗针叶林-高山林线-高山草甸,环境温度波动幅度逐渐增大,平均温度逐渐升高,冻融频次依次递增。季节性雪被在高山林线交错带覆盖明显。第二年降雪量、雪被覆盖持续时间、雪被覆盖厚度均高于第一年。两年综合来看,雪被厚度大小顺序依次为高山林线>暗针叶林>高山草甸。2)分解时期(四个分解阶段)、植被类型、物种因素均显著影响凋落叶分解过程。凋落叶初始氮含量、磷含量、纤维素含量、木质素含量、C/N和L/N等初始质量与分解速率显著相关。凋落叶分解速率k值范围为0.096~0.928,柳兰分解最快3-4年分解基本完成,而锦丝藓和高山杜鹃分解缓慢,分解基本完成需要20年以上,其余9种凋落叶分解一半需要1年半左右,分解基本完成需要5-7年。大部分凋落叶在第一个生长季初期残留率急转直下,分解加速。凋落叶失重集中在第一年,尤其是在第一年生长季。两个雪被期占两年总失重近四成。3)不同种类凋落叶质量发生了不同程度的变化。凋落叶质量不同分解时期的变化对季节性雪被的响应差异较大。氮、磷、可溶性碳和总酚含量的变化趋势在三个植被上比较一致,氮和磷含量小幅上升,可溶性碳和总酚含量大幅降低。碳、纤维素和木质素含量的变化趋势在三个植被上差异明显,碳含量小幅降低,纤维素含量保持基本稳定,木质素含量则小幅升高。4)凋落叶不同元素(组分)均发生了不同程度的释放(降解)。季节性雪被对不同元素(组分)释放(降解)的影响具显著差异。碳、氮、磷、纤维素和木质素的释放(.降解)大致在50~65%,而可溶性碳和总酚的释放达90%。全部元素(组分)的释放(降解)集中在第一年,碳、可溶性碳和总酚释放集中在第一年生长季,而氮、磷、纤维素和木质素两个季节约各占第一年的二分之一。第二个雪被期碳、氮、磷、纤维素和木质素的释放(降解)约占第二年的60%。氮、可溶性碳和纤维素的释放(降解)在暗针叶林释放最高,碳和总酚的释放(降解)在高山林线最高,而磷和木质素的释放(降解)在高山草甸最高。5)温度、L/N、C/N、纤维素和雪被等因素对凋落叶失重率具有显著影响。温度与失重率呈极显著正相关,雪被厚度与失重率呈极显著负相关,纤维素动态含量与失重率呈极显著正相关, C/N和L/N动态比值与失重率呈极显著负相关。温度、雪被、L/N、C/N和纤维素对失重率的影响依次减小。L/N、C/N、纤维素等质量因子对凋落失重具有重要影响,但温度和雪被等环境因子的作用更为关键。高山林线交错带地区凋落叶在四个分解时期的分解过程具有各自的特征,季节性雪被不仅直接控制雪被季节凋落叶的分解过程,而且间接影响生长季节凋落叶的分解过程。凋落叶分解过程中质量损失、元素释放和组分降解集中在第一年尤其集中在第一年生长季,而经过第一年的快速失重后,凋落叶可分解性显著降低,季节性雪被的作用从第二年开始变得突出,凋落叶质量损失、元素释放和组分降解开始向雪被期集中。L/N、C/N、纤维素等动态质量对凋落叶分解过程具有重要影响,但是,温度和雪被等环境因子才是高山林线交错带区域凋落叶分解过程起关键因子,且凋落叶失重率与温度呈正相关,与雪被厚度呈负相关。因此,在未来全球气候变暖,气温升高,季节性雪被持续缩减的情况下,高山林线交错带地区的凋落叶分解过程可能会明显加速。
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