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

摘要

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(3580m和3037m)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(≤2mm、2-5mm和≥5mm)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(3580m)的年平均土壤温度比低海拔(3070m)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。

目录

声明

论文说明

摘要

前言

第1章 文献综述

1．1 森林生态系统根系分解

1．1．1 根系的划分

1．1．2 森林根系的分解过程

1．1．3 影响根系分解的主要因素

1．2 全球气候变化对根系分解的影响

1．3 川西亚高山森林凋落物研究进展

第2章 研究方案

2．1 研究目标

2．2 研究内容

2．3 技术路线

2．4 研究材料与方法

2．4．1 研究区域概况

2．4．2 样地设置

2．4．3 根系采样与处理

2．4．4 根系埋样与取样

2．4．5 指标测定

2．4．6 数据处理

第3章 结果与分析

3．1 3种优势林木不同径级根系初始质量特征

3．1．1 碳、氮、磷浓度及其比值

3．1．2 木质素、纤维素含量及其比值

3．2 两个海拔土壤温度动态

3．3 两个海拔3种林木不同径级根系质量损失变化

3．3．1 根系质量残留率动态特征

3．2．2 根系失重率

3．2．2 根系分解常数(k值)

3．4 两个海拔3种林木不同径级根系碳组分及养分变化

3．4．1 根系碳浓度变化

3．4．2 根系氮浓度变化

3．4．3 根系磷浓度变化

3．4．4 根系木质素含量变化

3．4．5 根系纤维素含量变化

3．5 两个海拔3种林木不同径级根系元素释放及组分降解

3．5．1 根系碳释放率

3．5．2 根系氮释放率

3．5．3 根系磷释放率

3．5．4 根系木质素降解率

3．5．5 根系纤维素降解率

第4章 讨论和结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间所获奖项

致谢