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以全球变暖为主要特征的全球气候变化已经并正在改变着陆地生态系统的结构和功能。至今,模拟气候变化对高寒森林生态系统地下生态过程的影响仍鲜见报道。气候变化对陆地生态系统的影响可能在很大程度上取决于系统本身初始特性,土壤系统对气候变化的响应也可能与土地利用变化/生产实践措施密切相关。川西亚高山针叶林群落地处高山峡谷,是全球变化的敏感地带,造林是该区域一个重要林业实践活动。鉴于此,本文以四川省米亚罗地区针叶林群落(天然针叶林和人工云杉林)土壤生态系统为研究对象,通过开顶式生长室(Open topchamber, OTC)进行小尺度生态系统控制试验,同步监测了天然针叶林或人工云杉林土壤生物化学特性,主要结果如下:
1.在整个生长季里,OTC使人工云杉林和天然针叶林日平均气温(30 cm)和日平均土壤温度(-5 cm)分别增加1.24℃和1.15℃、0.61℃和0.55℃。相反,和对照样地相比,人工云杉林和天然针叶林OTC内土壤体积含水量(-10cm)分别下降4.10%和2.55%。
2.增温初期,人工云杉林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)及二者比值(MBC:MBN)都没有明显变化,增温仅在生长季末期显著增加了天然针叶林土壤MBC和MBN。天然针叶林OTC内土壤微生物呼吸显著高于对照样地,而人工林在处理间差异不显著。两类森林生态系统的土壤代谢商都没表现出显著的增温效应。天然针叶林微生物呼吸显著高于人工云杉林,而前者的土壤代谢商却显著低于后者。
3.模拟增温增加了土壤转化酶,脲酶,过氧化氢酶和多酚氧化酶活性。增温与林型的交互作用对土壤脲酶和过氧化氢酶活性有显著影响,而对转化酶和多酚氧化酶影响不显著。增温对过氧化氢酶活性的影响与季节变化相关。在各处理下,天然针叶林土壤酶活性显著高于人工云杉林。土壤酶活性季节动态与土壤温度有着较大相关性,而与土壤水分季节变化关系不明显。模拟增温易于增加土壤酶活性,但增温效应和林型、酶种类和季节变化有一定关系。
4.在生长季试验中,模拟增温往往能增加两类森林生态系统土壤呼吸速率,模拟增温使天然针叶林土壤呼吸速率平均增加15.4%,人工云杉林土壤呼吸速率平均增加10.6%;模拟增温降低人工云杉林和天然针叶林活性土壤碳、氮库;模拟增温使人工云杉林和天然针叶林土壤活性碳库I分别下降12.7%和l5.9%;土壤活性氮库1分别下降9.6%和10.9%。土壤碳、氮组分库对模拟增温的响应在一定程度上与林型、采样时间有关。
5.模拟增温往往能显著增加天然针叶林土壤的可溶性氮库(DON),而对人工林土壤DON没有影响。短期模拟增温显著增加两类森林生态系统土壤净氮矿化速率和无机氮库,但增加的途径不同(人工林氨化作用占主导而天然林硝化作用占主导)。与土壤氮转化相关的组分库(DON、NH4+-N和N03-N)对模拟增温的响应与生态系统类型和季节变化密切相关,天然林土壤氮转化对模拟增温的响应更为敏感。
总之,模拟增温对人工云杉林和天然针叶林土壤碳氮循环、微生物特征、土壤酶活性总体表现为正效应,但天然林土壤生态过程对模拟增温表现的更为敏感。显然,再造林活动不仅影响当前的土壤物理化学特性,而且可能进一步影响土壤生态系统对未来气候变化响应的方式和程度。