全 文 ：雪被去除对川西高山森林冬季土壤温度
及碳、氮、磷动态的影响*
谭摇 波摇 吴福忠摇 杨万勤**摇 杨玉莲摇 王摇 奥摇 康丽娜
(四川农业大学林学院生态林业研究所, 四川温江 611130)
摘摇 要摇 气候变暖导致的雪被动态格局变化可能深刻影响高山森林生态过程.为了解气候变
暖背景下雪被的减少对川西高山森林土壤生态过程的影响,2009 年 10 月 19 日—2010 年 5 月
18 日,采用遮雪方法,研究了雪被去除对该区冷杉原始林土壤温度和碳、氮、磷的影响.结果表
明: 雪被去除加大了土温日变化幅度和冻融循环频次,使土壤冻结和融化时间提前. 雪被去
除使土壤可溶性碳和可溶性氮、有效磷、铵态氮和硝态氮冬季含量高峰提前到雪被覆盖期;雪
被覆盖期至融化期的可溶性碳和氮及硝态氮含量增加,但有效磷和铵态氮含量降低,改变了
其组分比例.气候变暖引起的川西高山森林雪被减少将改变土壤外部环境条件,进而影响土
壤碳、氮和磷过程.
关键词摇 雪被摇 全球变暖摇 土壤温度摇 土壤养分摇 川西高山森林
文章编号摇 1001-9332(2011)10-2553-07摇 中图分类号摇 S152. 8,S154. 1摇 文献标识码摇 A
Effects of snow pack removal on the dynamics of winter鄄time soil temperature, carbon, ni鄄
trogen, and phosphorus in alpine forests of west Sichuan. TAN Bo, WU Fu鄄zhong, YANG
Wan鄄qin, YANG Yu鄄lian, WANG Ao, KANG Li鄄na ( 1 Institute of Ecological Forestry, College of
Forestry, Sichuan Agricultural University, Wenjiang 611130, Sichuan, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2011,22(10): 2553-2559.
Abstract: The dynamic changes of snow pack as affected by global warming might have strong
effects on the ecological processes in alpine forests. To understand the responses of soil ecological
processes in the alpine forests of west Sichuan to the decreasing snow pack under global warming, a
snow鄄shading experiment was conducted in a primary fir forest from October 19, 2009 to May 18,
2010, with the effects of snow pack removal on the dynamics of soil temperature, carbon, nitrogen,
and phosphorus investigated. The results showed that snow pack removal increased the diurnal vari鄄
ation amplitude of soil temperature and the frequency of freeze鄄thaw cycle, and advanced the time of
soil frozen and melt as well as the peak time of soil dissolved carbon and nitrogen, available P,
NH4 + 鄄N, and NO3 - 鄄N. Snow pack removal increased the concentrations of soil dissolved carbon and
nitrogen and NO3 - 鄄N but decreased the concentrations of soil available P and NH4 + 鄄N, and changed
the ratios of soil dissolved carbon and nitrogen, available P, NH4 + 鄄N, and NO3 - 鄄N in the period of
snow cover and snow melt. The decreased snow pack in winter time in the alpine forests of west Si鄄
chuan as affected by global warming could alter the soil exterior environment, and further, affect the
processes of soil carbon, nitrogen and phosphorus.
Key words: snow pack; global warming; soil temperature; soil nutrient; alpine forests of west Si鄄
chuan.
*国家自然科学基金项目(30771702, 31000213)、教育部新世纪优
秀人才支持计划项目( NCET鄄07鄄0592)、四川省科技支撑计划项目
(2010NZ0051)、教育部博士点基金项目(20105103110002)和四川省
杰出青年学术技术带头人培育计划项目(2011JQ0035)资助.
**通讯作者. E鄄mail: scyangwq@ 163. com
2011鄄04鄄15 收稿,2011鄄07鄄04 接受.
摇 摇 高纬度和高海拔地区土壤在雪被形成、覆盖和
消融过程中的冻结、融化和冻融交替可能对土壤碳
氮矿化、养分流失和凋落物分解等产生显著影
响[1-2] . IPCC研究报告显示,21 世纪末全球平均气
温将升高 1. 8 益 ~ 4. 0 益 [3] .温度升高导致的冬季
雪被减少可能使地表土壤面临更为激烈的环境变
化,冻融循环和冻结强度增强,对土壤生态过程产生
深刻作用[4-6] .研究表明,高纬度和高海拔地区冬季
雪被期间土壤养分的矿化、固定和流失以及温室气
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 10 月摇 第 22 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2011,22(10): 2553-2559
体排放量占全年重要份额[7-8],雪被融化期的氮净
矿化量与生长季节相当甚至超过生长季节[7] . 早期
雪被形成的推迟(或去除)可削弱雪被的绝热作用,
使冬季土壤长期低温冻结[5-6],而晚期雪被融化提
前(或去除)则可致死萌动植物根系,增加土壤氮磷
元素流失[9] .这期间的土壤养分过程主要与冻结和
冻融交替的破坏[10]、雪被的绝热保护[11-12]、雪融的
淋洗流失[13-14]及雪被的沉降输入有关[1-2] .因此,在
未来气候变化影响下,雪被的减少可能对高纬度和
高海拔地区土壤养分过程产生复杂影响.
川西高山森林在调节区域气候、涵养水源和生
物多样性保护等方面有着重要作用[15-16] .在川西高
山地区,冬季土壤冻结期长达 5 ~ 6 个月[17],每年 12
月至次年 3 月形成季节性雪被.前期研究表明,土壤
冻融和冬季雪被显著影响了该地区森林冬季凋落物
分解、土壤生物活性和多样性及养分特征[17-20] . 相
对于同纬度低海拔森林,川西高山森林对气候变化
更加敏感,未来雪被动态格局及其驱动的水热过程
在气候变化影响下更加剧烈,将进一步影响高山森
林土壤生态过程. 为此,在前期研究基础上,以川西
高山地区广泛分布的原始冷杉林为对象,采用人工
遮雪方法,研究了冬季雪被去除对冷杉原始林土壤
温度和碳、氮、磷动态特征的影响,以期为深入认识
该区森林冬季土壤生态过程及其对气候变暖的响应
提供基础数据.
1摇 研究区域与研究方法
1郾 1摇 研究区域概况
研究区域位于四川省理县毕棚沟(31毅14忆—31毅
19忆 N, 102毅53忆—102毅57忆 E,海拔 2458 ~ 4619 m),
地处青藏高原东缘与四川盆地的过渡带. 该区域年
平均气温 2 益 ~4 益,最高气温(7 月) 23 益,最低
气温(1 月)-18 益,年均降雨量约 850 mm. 研究区
域的主要森林植被随海拔分异为落叶阔叶林、针阔
混交林、针叶林,高山灌丛和草甸[18] . 其中,岷江冷
杉(Abies faxoniana)、川西云杉(Picea balfouriana)和
红桦(Betula albo鄄sinensis)是研究区域最典型的森林
植被[20]和构成乔木层主要树种.林下灌木主要有箭
竹 ( Fargesia spathacea)、高山杜鹃 ( Rhododendron
delavayi)、三颗针(Berberis julianae)、红毛花楸(Sor鄄
bus rufopilosa)、沙棘(Hippophae rhamnoides)和扁刺
蔷薇(Rosa seginzowii)等;草本主要有蟹甲草(Caca鄄
lia auriculata)、高山冷蕨(Cystopteris montana)、苔草
属(Carex spp. )和莎草属(Cyperus spp. )等.
1郾 2摇 样地设置
在研究区域内选取代表性的森林群落———岷江
冷杉原始林(海拔 3582 m)开展试验. 土壤为雏形
土,土壤有机层厚度 10 ~ 15 cm,土壤理化性质见表
1.研究样地每年 11 月初至次年 4 月中旬为土壤的
季节性冻融期[18],且每年 11 月下旬(或 12 月初)开
始形成早期雪被(10 ~ 20 cm),雪被厚度至次年 2
月下旬(3 月初)达到最大( >40 cm),3 月中旬雪被
开始融化.因此,于 2009 年 11 月初开展雪被去除试
验处理.在冷杉原始林内随机选取 10 个 5 m伊5 m
的均质样方,分成 2 部分:5 个样方不做任何处理,
其余 5 个样方架设拱形聚乙烯塑料膜(高 0. 8 m)去
除冬季雪被.整个雪被去除处理至 2010 年土壤完全
解冻后(4 月下旬)结束.其间,为弥补雪被去除处理
的冬季降雨和降雪水分输入,在雪被形成初期、覆盖
期和融化期补充水分 3 次,每次 1000 mL·m-2雪融
水,补水量根据林内积雪平均厚度估算.
1郾 3摇 样品采集及测定
2009 年 10 月 1 日,在林内距地面 1. 5 m 和土
壤深度 5 cm处(雪被与去除雪被)分别安置一个纽
扣式温度记录器( iButton DS1923鄄F5, Maxim Com.
USA),同步监测空气温度和土壤温度,每 1 h 记录 1
次数据.温度监测期间,土温连续 3 d 低于 0 益的时
期定义为土壤冻结开始,而土温连续 3 d高于 0 益的
时期定义为土壤融化开始[1],并且任何时段土温低于
0 益持续至少3 h,随后回升到 0 益持续至少3 h (或
高于 0 益持续至少 3 h,随后跌至 0 益以下持续至少
3 h)的土温动态过程记作 1次冻融循环[21] .
土壤样品采集于雪被形成前 (10 月 19 日,
玉 ) 、雪被形成初期(12月21日,域) 、雪被覆盖期
表 1摇 冷杉林土壤基本性质
Table 1摇 Basic soil properties in the primitive fir forest
土层
Layer
pH 总有机碳
Total organic C
(g·kg-1)
全氮
Total N
(g·kg-1)
全磷
Total P
(g·kg-1)
全钾
Total K
(g·kg-1)
A 6郾 1依0郾 5 150郾 3依15郾 9 9郾 7依0郾 9 1郾 2依0郾 2 13郾 4依1郾 0
B 5郾 7依0郾 4 45郾 2依5郾 0 1郾 9依0郾 3 0郾 7依0郾 1 13郾 6依2郾 7
A:有机层 Organic layer; B:矿质层 Mineral layer. 下同 The same below.
4552 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
(1 月 21 日和 3 月 5 日, 芋)、雪被融化期(3 月 22
日和 4 月 18 日, 郁)和雪被融化后 (5 月 18 日,
吁).地处高山峡谷区的川西高山森林土壤发育经
常受阻,且普遍存在较厚的土壤有机层和浅薄的矿
质土壤层[20],本研究按照土壤有机层和矿质土壤层
采集样品. 所采样品立刻装入冰盒低温处理,24 h
内运回实验室.每个样品分成 3 份:一份样品去掉石
块、动植物残体和根系后,混匀,过 2 mm 筛,装入保
鲜袋,贮于 4 益冰箱待测;一份样品风干,研磨,分别
过 2 mm和 0. 25 mm土筛,装入保鲜袋,室温保存待
测;其余样品立即测定土壤含水量.
土壤含水量采用烘干法测定;pH 值采用电位法
测定;土壤有机碳采用重铬酸钾氧化法测定;全氮采
用半微量凯氏定氮法测定;全磷和有效磷采用钼锑抗
比色法测定;铵态氮(NH4 +鄄N)采用靛酚蓝比色法测
定;硝态氮(NO3 -鄄N)采用酚二磺酸比色法测定[22] .同
时,采用 0. 5 mol·L-1 K2SO4浸提土壤中可溶性碳和
可溶性氮[11,14]:称取 3份 10 g土壤样品于 150 mL提
取瓶中,加入 50 mL 0. 5 mol·L-1 K2SO4浸提液,振荡
浸提 30 min,用定量滤纸过滤,再用 0郾 45 滋m滤膜抽
滤,滤液采用总有机碳分析仪(TOC鄄VcPH+TNM鄄1,
Shimazu Inc. , Kyoto, Japan)测定.
1郾 4摇 数据处理
所有数据均采用 SPSS 13. 0 软件进行统计分析,
单因素方差分析(one鄄way ANOVA)和最小显著差异
法(LSD)检验不同时期雪被去除处理对土壤温度及
碳、氮和磷含量的差异,显著性水平设定为 琢=0. 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 雪被去除对土壤温度的影响
雪被形成前,雪被覆盖与去除雪被处理的土壤
温度动态基本一致(图 1、表 2). 此后,土壤经历了
频繁的冻融循环.与雪被覆盖条件相比,去除雪被处
理的土壤温度日变化幅度明显高于雪被覆盖,土壤
冻结和融化的时间分别提前了 18 和 38 d,雪被形成
初期和雪被覆盖期的冻融循环次数分别增加了 12
次和 34 次.雪被期间的最低气温为-15. 58 益,去除
雪被处理显著影响了雪被形成初期、雪被覆盖期和
雪被融化期的土壤平均温度,3 个时期与雪被覆盖
的平均温差分别为 0. 31 益、0. 59 益和 1. 04 益 . 雪
被融化后,雪被覆盖与去除雪被处理的土壤温度动
态趋于一致.
2郾 2摇 雪被去除对土壤可溶性碳、氮含量的影响
雪被形成前,雪被覆盖和去除雪被处理的可溶
图 1摇 雪被覆盖和去除条件下川西高山日平均气温和土壤
温度的动态
Fig. 1 摇 Dynamics of average daily air and soil temperature in
the alpine forest in western Sichuan with snow pack and non鄄
snow pack.
SP:雪被覆盖 Snow pack; NSP:去除雪被 Non鄄snow pack. 下同 The
same below.
表 2摇 雪被覆盖和去除条件下川西高山土壤温度特征
Table 2 摇 Characteristics of soil temperature in the alpine
forest in western Sichuan with snow pack and non鄄snow
pack
处理
Treat鄄
ment
雪被阶段
Stage of
snow pack
冻融循环
Freeze鄄
thaw cycle
(n)
最低温度
Minimal
temperature
(益)
平均温度
Average
temperature
(益)
SP 玉 - 2郾 47 4郾 08
域 2 -2郾 83 -0郾 06
芋 9 -3郾 46 -1郾 09
郁 17 -0郾 12 1郾 55
吁 - 2郾 22 6郾 39
NSP 玉 - 2郾 16 4郾 57
域 14 -2郾 55 0郾 25
芋 43 -3郾 62 -0郾 50
郁 16 -0郾 79 2郾 59
吁 - 2郾 97 7郾 59
SP:雪被覆盖 Snow pack; NSP:去除雪被 Non鄄snow pack. 玉:雪被形
成前 Before snow cover; 域:雪被形成初期 Onset of snow cover period
(2009鄄11鄄10-2009鄄12鄄31); 芋:雪被覆盖期 Snow cover period (2010鄄
01鄄01-2010鄄03鄄10); 郁:雪被融化期 Snow melt period (2010鄄03鄄11-
2010鄄04鄄30); 吁:雪被融化后 After snow melt. 下同 The same below.
性碳和可溶性氮含量差异不明显(图 2). 至雪被形
成初期,雪被覆盖和去除雪被处理土壤有机层的可
555210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谭摇 波等: 雪被去除对川西高山森林冬季土壤温度及碳、氮、磷动态的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 雪被覆盖和去除条件下川西高山土壤可溶性碳、氮的动态
Fig. 2摇 Dynamics of dissolved carbon and nitrogen in the alpine forest in western Sichuan with snow pack and non鄄snow pack.
A:有机层 Organic layer; B:矿质层 Mineral layer. *不同处理间差异显著 Significant difference between treatments.
图 3摇 雪被覆盖和去除条件下川西高山土壤有效磷、铵态氮和硝态氮的动态
Fig. 3摇 Dynamics of soil available P, NH4 +鄄N and NO3 -鄄N in the alpine forest in western Sichuan with snow pack and non鄄snow pack.
6552 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 3摇 雪被覆盖和去除条件下川西高山土壤碳、氮组分比例
Table 3摇 The ratio of soil carbon, nitrogen, phosphorus components in the alpine forest in western Sichuan with snow pack
and non鄄snow pack
处理
Treatment
雪被阶段
Stage of
snow pack
土层
Layer
可溶性碳 /氮
Dissolved
carbon / nitrogen
铵态氮 /硝态氮
NH4 + 鄄N /
NO3 - 鄄N
铵态氮 /有效磷
NH4 + 鄄N /
available P
硝态氮 /有效磷
NO3 - 鄄N /
available P
SP 玉 A 4郾 19依1郾 81 5郾 85依1郾 76 9郾 86依2郾 86 1郾 69依0郾 36
B 2郾 96依0郾 84 16郾 87依4郾 98 31郾 04依10郾 01* 1郾 84依0郾 45*
域 A 4郾 32依1郾 58 60郾 27依12郾 98* 26郾 34依4郾 80* 0郾 44依0郾 18*
B 9郾 37依3郾 52* 20郾 28依8郾 82 14郾 48依3郾 87 0郾 71依0郾 27*
芋 A 4郾 26依1郾 04* 38郾 34依13郾 84* 31郾 51依7郾 27* 0郾 97依0郾 22*
B 6郾 62依1郾 75 31郾 72依10郾 51* 36郾 93依6郾 98* 1郾 25依0郾 16*
郁 A 3郾 46依0郾 87 13郾 16依4郾 24* 12郾 64依5郾 31 1郾 02依0郾 46*
B 4郾 75依1郾 84 21郾 75依6郾 08 41郾 76依7郾 76* 1郾 78依0郾 43*
吁 A 3郾 53依0郾 96* 14郾 12依2郾 21* 6郾 20依1郾 35* 0郾 54依0郾 13*
B 3郾 78依1郾 18* 18郾 00依5郾 31 41郾 28依8郾 76* 2郾 29依0郾 61*
NSP 玉 A 3郾 95依1郾 09 5郾 75依1郾 93 7郾 72依3郾 61 1郾 34依0郾 45
B 2郾 84依0郾 54 11郾 39依4郾 12 10郾 32依2郾 65 0郾 91依0郾 39
域 A 4郾 57依1郾 82 4郾 30依1郾 57 9郾 71依2郾 47 2郾 26依0郾 61
B 1郾 62依0郾 29 16郾 18依5郾 06 19郾 43依6郾 81 1郾 20依0郾 42
芋 A 7郾 44依2郾 63 2郾 97依1郾 12 13郾 32依4郾 33 4郾 18依1郾 63
B 7郾 27依2郾 56 14郾 64依5郾 34 10郾 37依3郾 64 2郾 96依0郾 45
郁 A 5郾 06依1郾 72 9郾 68依3郾 30 16郾 24依4郾 86 2郾 35依0郾 63
B 4郾 21依0郾 97 26郾 84依9郾 49 18郾 49依4郾 91 0郾 97依0郾 25
吁 A 6郾 36依1郾 51 9郾 33依1郾 68 10郾 63依2郾 76 1郾 14依0郾 32
B 5郾 96依1郾 46 21郾 18依6郾 06 10郾 82依2郾 55 0郾 51依0郾 14
溶性碳和可溶性氮含量显著降低,去除雪被处理降
至冬季最低,而矿质土壤的可溶性氮含量也迅速降
低,但雪被去除处理的可溶性碳略有增加.至雪被覆
盖期,去除雪被处理各土层的可溶性碳和可溶性氮
含量急剧增加后快速降低,而雪被覆盖各土层的可
溶性碳和可溶性氮含量逐渐增加.至雪被融化期,去
除雪被处理各土层的可溶性碳和可溶性氮含量逐渐
增加,而雪被覆盖各土层的可溶性碳和可溶性氮含
量逐渐降低.至雪被融化后,去除雪被处理各土层的
可溶性碳和可溶性氮含量显著高于雪被覆盖.
2郾 3摇 雪被去除对土壤有效磷、铵态氮和硝态氮含量
的影响
雪被形成前,雪被覆盖和去除雪被处理的铵态
氮和硝态氮含量相近,去除雪被处理的有效磷含量
略高(图 3).至雪被形成初期,去除雪被处理各土层
的有效磷、铵态氮和硝态氮含量维持在较高水平,而
雪被覆盖各土层的有效磷、铵态氮和硝态氮含量则
急剧降低.至雪被覆盖期,去除雪被处理各土层的有
效磷含量继续下降,铵态氮含量迅速减少,硝态氮含
量达冬季峰值(1 月 21 日)后急剧降低,而雪被覆盖
各土层的有效磷、铵态氮和硝态氮含量迅速增加.至
雪被融化期,去除雪被处理各土层的有效磷、铵态氮
和硝态氮含量变化不明显(土壤有机层硝态氮除
外),而雪被覆盖各土层的有效磷和硝态氮含量达
冬季高峰后(3 月 22 日)逐渐降低,铵态氮含量则急
剧降低.至雪被融化后,各土层去除雪被处理的有效
磷、铵态氮和硝态氮含量略低于雪被覆盖(矿质土
壤层有效磷除外).
2郾 4摇 雪被去除对土壤碳氮组分比例特征的影响
雪被形成前,雪被覆盖和去除雪被处理各土层
的可溶性碳 /氮、铵态氮 /硝态氮、铵态氮 /有效磷和
硝态氮 /有效磷比例基本一致(表 3).至雪被形成初
期,去除雪被处理的土壤有机层铵态氮 /硝态氮和铵
态氮 /有效磷的比例显著低于雪被覆盖,硝态氮 /有
效磷则相反,而矿质土壤层除可溶性碳 /氮显著高于
雪被覆盖外,其余组分差异不显著. 至雪被覆盖期,
去除雪被处理各土层的铵态氮 /硝态氮和铵态氮 /有
效磷显著低于雪被覆盖,而可溶性碳 /氮和硝态氮 /
有效磷则相反.至雪被融化期,去除雪被处理除土壤
有机层的硝态氮 /有效磷显著高于雪被覆盖以及矿
质土壤层铵态氮 /有效磷和硝态氮 /有效磷显著低于
雪被覆盖外,其余组分差异不显著. 至雪被融化后,
雪被覆盖和去除雪被处理各土层的可溶性碳 /氮、铵
态氮 /硝态氮、铵态氮 /有效磷和硝态氮 /有效磷明显
改变.
3摇 讨摇 摇 论
本研究结果表明,去除雪被处理的土壤冻结和
融化时间明显提前,冻融循环频次显著增加(图 1、
表 2),这与 Hardy等[23]的野外监测结果基本一致.
755210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谭摇 波等: 雪被去除对川西高山森林冬季土壤温度及碳、氮、磷动态的影响摇 摇 摇 摇 摇
土壤温度和冻融特征的变化提高了雪被覆盖期至融
化期的土壤可溶性碳和可溶性氮含量及硝态氮含
量,降低了土壤有效磷和铵态氮含量,改变了其冬季
含量高峰和组分比例. 这说明川西高山森林冬季积
雪能为维持冬季土壤生物化学过程提供有利条件;
气候变暖情景下,雪被减少将改变川西高山森林冬
季土壤的温度和冻融特征,进而影响土壤的碳、氮和
磷循环过程.
土壤可溶性碳和可溶性氮是高纬度和高海拔地
区冬季养分输入和输出的重要来源[14,24] .其冬季期
间的固定、矿化和流失受冬季雪被和冻融特征的综
合影响[6-7,25] . 温度升高导致的雪被减少可增加土
壤中可溶性碳、氮和磷流失[5,10,26] . 本研究中,雪被
覆盖期至融化后,去除雪被处理的可溶性碳和可溶
性氮含量均比雪被覆盖条件高(图 2).一方面,去除
雪被处理使土壤面临更为剧烈的气温波动(图 1),
去除雪被处理与雪被覆盖土壤平均温差最大达
1郾 04 益(表 2),而于小舟等[27]长白山林区试验的平
均温差最大为 0. 70 益 .这与试验地的积雪周期、冬
季气候和土壤因素有关[1-2] . 温度波动导致的土壤
冻结或冻融循环破坏作用可能促进了新鲜凋落物和
土壤团聚体释放溶解性物质,提高土壤中可溶性碳
和可溶性氮含量[10-11,27] . 另一方面,去除雪被处理
后冻融循环显著增加(表 2),可能使雪被保护下植
物根系和残存的嗜冷土壤生物(微生物和动物)死
亡,增加可溶性碳和可溶性氮的释放[27-28] . 而雪被
形成初期土壤可溶性碳和可溶性氮含量迅速下降的
过程可能与初期雪被融化淋溶和土壤生物利用有
关[5,7,9] .同时,由于去除雪被处理明显增加了雪被
形成初期和雪被覆盖期的冻融循环次数,可能促进
了土壤可溶性碳和可溶性氮的释放,使冬季土壤可
溶性碳和可溶性氮含量高峰提前,并进一步改变了
土壤可溶性碳和氮动态及组分比例(图 2、表 3).这
表明冬季雪被期是川西高山森林土壤物质循环、能
量流动的重要时期[17],全球气候变暖导致该区森林
冬季雪被减少,可能对土壤可溶性碳和可溶性氮动
态施加强烈影响.此外,由于土壤有机层有机碳和养
分含量较高(表 1),且直接应力于气温变化和冻融
循环,所以土壤有机层可溶性碳和可溶性氮含量动
态变化更大.
冻结和冻融交替的破坏作用可以促进冬季土壤
物质矿化分解[10],而雪被绝热作用可维持耐寒生物
群落生物活性[7,11],所以冬季土壤有效养分的固定、
矿化和流失对整个生态系统的物质循环具有重要影
响[6,8,25] .高纬度和高海拔地区生态系统全年的
20% ~ 50%的碳氮循环发生在冬季[3,8],去除雪被
能增加土壤硝态氮和无机磷流失[5,8,26] . 本研究中,
去除雪被处理的土壤有效磷、铵态氮和硝态氮含量
并未在雪被形成初期急剧降低(图 3),可能与雪被
形成初期融化淋溶损失量减少、冻融循环增加,促进
了冻融破坏作用有关[6,14,29] .随着雪被覆盖形成,融
化淋溶损失减少,雪被覆盖的绝热作用为耐寒生物
群落提供了有利条件[1],因而雪被覆盖的土壤有效
磷、铵态氮和硝态氮含量逐渐增加,而缺少雪被保护
的土壤有效磷含量持续降低,铵态氮和硝态氮含量
迅速增加后又急剧降低(图 3). 这表明去除雪被处
理后,严酷的环境变化明显改变了冬季土壤有效养
分含量.值得注意的是,雪被去除处理的土壤铵态氮
和硝态氮含量在雪被覆盖期达到冬季峰值后急剧降
低,而雪被覆盖的土壤铵态氮和硝态氮含量则在雪
被融化期达冬季高峰后迅速降低(图 3),且去除雪
被处理和雪被覆盖的土壤有效磷、铵态氮和硝态氮
组分比例在雪被形成至完全融化过程中表现出显著
差异(表 3).雪被融化期土壤有效养分的释放能为
早期萌动的植物提供养分来源[8-9,11,13,30],去除雪被
处理可使有效养分峰值提前,这意味着川西高山森
林冬季雪被的减少可能增加土壤氮和磷元素流
失[14,26],对冬季和生长季节土壤生态过程产生深刻
影响.
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作者简介摇 谭摇 波,男,1984 年生,博士研究生.主要从事土
壤生态和森林生态研究,发表论文 7 篇. E鄄mail: bob鄄
otan1984@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
955210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谭摇 波等: 雪被去除对川西高山森林冬季土壤温度及碳、氮、磷动态的影响摇 摇 摇 摇 摇