川西亚高山3种优势林木不同径级根系分解及其对模拟增温的响应

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全球气候变暖已成为不争的事实,尤其是高纬度高海拔地区对全球变暖的响应更加明显。凋落物分解过程主要受气候、凋落物质量和土壤生物群落三者的综合调控,且三者作用大小依次为:气候>凋落物质量>土壤生物,由此可见,全球气候变化势必对森林生态系统凋落物分解产生强烈的影响。根系作为森林凋落物的一个重要组成部分,根系分解往往成为地下养分和有机质输入的主要来源。然而,由于根系结构复杂且取样困难,目前有关根系分解对全球气候变化的响应的研究非常有限。鉴于此,本研究利用海拔梯度(3580 m和3037 m)模拟增温,研究川西亚高山森林3种优势林木(岷江冷杉、粗枝云杉和红桦)不同径级≤(2 mm、2-5 mm和≥5 mm)根系分解及其对模拟增温的响应。主要结果如下:1)在两年试验期间,两个海拔样地土壤温度季节动态变化基本一致,但土壤温度在两个海拔间差异明显。不同的季节,海拔之间土壤温度差异有所不同。高海拔(3580 m)的年平均土壤温度比低海拔(3070 m)低,分别为3.06℃和4.53℃。低海拔土壤温度在第一个冬季、第一个生长季节、第二个冬季、第二个生长季节比高海拔分别高1.3℃、2.8℃、1.7℃和2.5℃。2)树种类型、径级及其交互作用对根系初始基质质量产生了极显著影响。岷江冷杉和粗枝云杉根系初始碳浓度、C/N、C/P、木质素/N和木质素/P大于红桦根系,红桦根系氮、磷浓度和N/P大于岷江冷杉和粗枝云杉;随着根系直径的增加,氮、磷浓度、木质素含量、N/P和木质素/纤维素逐渐降低,而碳浓度、纤维素含量、C/N、C/P、木质素/N和木质素/P逐渐升高。3)经过两年的分解,海拔模拟增温降低了根系质量残留率;根系分解常数k值的范围为0.079-0.177,平均k值为0.133。低海拔分解常数大于高海拔;根系分解速率同时受树种类型、径级及采样时间的影响。阔叶树种分解常数大于针叶树种,细根分解常数大于中根和粗根;根据不同的采样时间,第一年根系失重率占两年失重率的72.70%-76.86%,而第一年冬季占第一年的59.61%-69.98%。4)两年分解过程中,两个海拔3种林木3个径级根系碳组分和养分发生了不同程度的变化。随着分解时间的延长,3种林木不同径级根系碳浓度变化不显著,海拔增温降低了根系碳浓度。岷江冷杉和粗枝云杉3个径级根系氮浓度先升高后降低,而红桦根系氮浓度呈先降低后升高的波动变化,海拔之间氮浓度差异随分解时间而不同。3种林木根系磷浓度均先升高后降低,海拔对磷浓度影响不显著。岷江冷杉和粗枝云杉根系木质素含量呈缓慢升高的趋势,而红桦根系木质素含量呈先降低后升高的波动变化,海拔效应因分解时间而不同;除红桦细根和中根纤维素含量波动起伏以外,岷江冷杉和粗枝云杉根系纤维素含量变化不明显,且海拔效应亦随分解时间而异。5)两年分解过程中,两个海拔3种林木3个径级根系养分和组分均发生不同程度的释放或降解。根系在分解过程中碳元素一直处于缓慢释放状态,且低海拔碳释放率大于高海拔;岷江冷杉、粗枝云杉3个径级根系和红桦粗根氮元素在分解过程中表现为富集-释放交替模式,而红桦细根和中根则一直为释放模式,海拔间氮释放率差异因分解时间而异。3种林木3个径级根系磷元素在分解期间均为富集-释放交替模式,海拔间差异同样因分解时间而异。木质素在分解过程中均为降解-累积交替模式,海拔对木质素降解影响不显著。纤维素降解模式因树种和径级而存在较大差异,且海拔效应不明显。综上所述,土壤温度增加在一定程度上促进了川西亚高山森林根系分解速率,增温效应因树种、径级及季节而不同;根系分解速率随根系径级增加而下降;红桦根系分解速率通常高于岷江冷杉和粗枝云杉;非生长季节(冬季季节性雪被时期)分解比生长季贡献更大;基质(树种类型、根系径级)导致的分解差异高于温度引发的差异。
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