季节性雪被对青藏高原高山草甸系统研究取得进展

2010-7-16 00:00 来源: 成都生物研究所
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   每年冬季,南北半球的高纬度和高海拔地区大面积的土地被雪覆盖着。季节性的被积雪覆盖是高纬度和高海拔生态系统的典型特征。例如,北半球大约1/3的陆地面积(>4000万km2)每年至少有三个月的时间被雪覆盖着。在积雪期,雪被状况决定环境着因子(比如土壤温度和冰冻深度)的变化,进而调控许多关键的生态系统过程。而且,融雪时间通常是植物生长开始的时间,并影响着生长季节的长度。在融雪期,雪被中养分和水分的释放能够影响相当长一段时间内生长季的土壤湿度和养分状况。因此,雪被能够通过多种途径直接或间接地影响生态系统过程,而且影响的时间并不仅限于冬季。

  近年来,中国科学院成都生物研究所高山生态学团队吴彦研究员与俄罗斯莫斯科大学合作开展了雪被生态学研究。目前开展的工作主要围绕不同梯度自然和人工雪被下植物群落组成、生产力、物候和生态系统物质循环的差异,探讨可能的气候变化对高寒草甸生态系统的影响。

  从2007年开始,团队成员刘琳博士以“季节性雪被对青藏高原高山草甸土壤氮素动态的影响及典型植物的响应”为题,研究了自然和人工雪梯度下土壤氮素年内变化规律,并以圆穗蓼(Polygonum macrophyllum)和黑褐穗苔草(Carex atrofusca subsp. minor)为对象,研究季节性雪被区典型草本植物的生长和碳氮养分积累特征。

  通过研究发现,在高山林线附近土壤铵态氮含量的变化趋势几乎不受雪下土壤温度差异的影响,长期冻结和不同特点的冻融事件没有引起铵态氮含量的明显改变。最严酷的冻融交替会造成硝态氮含量的持续降低,较严酷的冻融交替对其含量的影响随次数的增加,呈现先降低而后增加的趋势,而长期冻结和较温和的冻融交替则不会对土壤中硝态氮的含量产生明显影响。

  同时,冬季的土壤冻结或者交替冻融会造成土壤中细菌数量的减少,而放线菌的数量却比夏季更多。同时,由于冬季生活的真菌能够适应长时间的土壤冻结,所以土壤处于冻结状态的时间越长,真菌的数量就越多,而解冻温度高则会导致其数量降低。

  研究还发现,典型高山草甸植物的物候期受雪被覆盖状况影响较明显。雪层浅融雪早的生境下植物的返青早,萌发和营养生长等物候事件提前,但开花期、结实期等生殖物候事件趋于接近,并几乎同时进入枯黄期。也就是说,雪被覆盖状况可能对高山植物生长周期长短产生一定的影响,但对生殖物候的影响不是十分显著。

  深雪能够促进供试植物(圆穗蓼和黑褐穗苔草)的生物量、碳氮养分的积累,而且使得它们提供的凋落物数量更多且质量也更好。但是,不同物种生物量分配和碳氮积累的模式有所差异。对圆穗蓼(双子叶植物)而言,增加雪层厚度在更大程度上是地下根系生物量、碳氮养分的积累;而对黑褐穗苔草(单子叶植物)而言,增加雪层厚度不仅能够同时增加其地上部分和根系生物量与碳氮积累,而且其种子产量和品质也明显增加,潜在地增强了黑褐穗苔草种子繁殖的能力。从这个意义上讲,在青藏高原东缘的高山草甸中,全球变化导致的雪层厚度增加可能会进一步提高黑褐穗苔草等单子叶植物的种间竞争能力。

  该项目得到国家自然科学基金(30870396、409711780)的资助。