高山森林雪被斑块对凋落叶化学组分变化及腐殖质累积的影响

The procedure from litter to humus is always one of the key ecosystem processes in soil carbon sequestration and nutrient cycling. However, little attention has been paid to the chemical component changes and humus accumulation during litter decomposition. Far less information has focused on their responses to snow patches in field. Therefore, it is hypothesized that snow patches play esential roles in litter decomposition and humus accumulation at three key stages (snow forming stage, snow covering stage and snow melting stage) in winter. Six respresentative species will be selected in a former sampled alpine forest. Litterbages with leaf/needle litter will be placed along a series of snow patches with different snow depths in the sampled forest. The changes of elements (Ultimate Analysis, UA), proximate compnents (Proximate Analysis, PA) and industrial components (Industrial Analysis, IA) during litter decomposition will be analysed by the methods of tranditional chemical experiments united with GC-MS. The relationships of these parameters among the three wintertime stages and growing stage will be aslo explored in combining with the dynamics of temperature and moisture under different snow patches at different stages. The results could be expected to further understand the effects of snow patches on litter decomposition and humus accumulation, and to reveal the ecological relationships among litter chemical components at different litter decompositon stages. Moreover, the results will be helpful to predict material cycling in alpine forest in the scenario of ongoing climate change.

凋落物形成腐殖质的进程是生态系统养分循环和土壤C吸存的关键过程，但极少研究关注到凋落物化学组分变化和腐殖质累积过程及其对天然雪被斑块的响应。基于"雪被斑块格局控制高山森林冬季3个关键时期(雪被形成期、雪被覆盖期和雪被消融期)的凋落物分解进程和腐殖质累积过程"的科学假设，在已建立的高山森林研究平台上，以林窗形成的雪被厚度差异为梯度放置凋落物分解袋，采用传统实验技术与GC-MS联用技术相结合的方法，进一步研究冬季3个关键时期高山森林内不同雪被斑块下，6种典型物种凋落叶分解中化学元素(UA)动态、近似(PA)组分、工业(IA)组分变化和腐殖质累积过程及其与生长季节凋落叶分解进程的相互关系，结合森林地表温度/湿度的动态监测，深入揭示雪被斑块影响凋落叶分解进程和腐殖质累积的作用机制，探明几个关键时期凋落叶分解过程中各化学组分的生态联系，为更加深入清晰地认识气候变化情景下高山森林物质循环过程提供理论依

按照《资助项目计划书》的要求，在2012年11月到2016年10月4个冬季关键时期(雪被形成初期、雪被覆盖期和雪被消失期)和生长季节，高山森林林窗内外不同厚度冬季雪被斑块下，采用凋落物分解袋的方法监测了岷江冷杉(Abies faxoniana)、方枝柏(Sabina satturaria)、四川红杉（Larix mastersiana）、红桦(Betula albosinensis)，高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)和康定柳(Salix paraqplesia)凋落叶质量损失率、元素释放/累积动态、腐殖质主要成分(胡敏酸、富里酸和胡敏素)的累积特征、凋落叶腐殖化程度，以及水溶性、有机溶性、酸溶性和酸不溶性组分动态，同时监测了凋落物袋内温度动态。.研究结果表明，经过4年的分解，6种凋落叶分解了54%-75%，表现为康定柳>方枝柏>红桦>四川红杉>高山杜鹃>岷江冷杉。厚型雪被促进了凋落叶质量损失、C和N的释放。同时，厚型雪被在分解前2年促进凋落叶腐殖化，而在后期抑制其腐殖化。经过4年的腐解，只有红桦凋落叶净累积了少量腐殖质，其它5种凋落叶中腐殖质均表现为降解，其中康定柳>岷江冷杉>方枝柏>四川红杉>高山杜鹃。厚型雪被在前2年促进凋落叶中胡敏酸的累积，而在后期抑制其累积，但在冬季促进凋落叶中富里酸降解，在生长季节抑制其降解。此外，厚型雪被对凋落叶水溶性组分、有机溶性、酸溶性组分的降解有促进作用，但促进了凋落叶酸不溶性组分在初期的累积及在后期的降解。逐步回归分析结果表明，在整个凋落叶腐解过程中，初始化学元素含量（如Mn）对凋落叶失重率有显著贡献，而温度、冻融循环等环境因子对凋落叶质量损失无显著影响。与失重率不同，环境因子和凋落叶中易分解组分(如水溶性和有机溶性组分)对凋落叶腐殖化度的贡献更大。这些结果意味着气候变化情景下雪被厚度的降低可能抑制高山森林凋落物分解和腐殖质的积累，特别是促进已形成腐殖质的降解。.基于此项目及相关研究，发表科研论文56篇，其中SCI收录22篇，培养博士研究生3人，硕士研究生6人，项目主持人获得优秀青年基金资助。