论文摘要
季节性冻融是全球中高纬度和高海拔地区普遍存在的自然现象，而全球变暖引起的季节性冻融变化必然直接或间接作用于森林生态系统，从而对生态系统过程施加强烈的影响。作为最为重要森林生态系统过程之一，凋落物分解受到多种生物因素和非生物因素的综合调控，但已有的大多数凋落物分解实验的温度范围为3-25℃，且主要强调生长季节内的凋落物分解及其对凋落物质量和环境因子的响应，有关季节性冻融对高寒森林凋落物分解及其相关微生物活性影响的研究报道相当有限，这很难满足未来气候变化条件下高寒森林生态系统过程研究的需要。因此，以青藏高原东缘分布最广和面积最大的冷杉（Abies faxoniana Rehder&E．H．Wilson）林（FF）和白桦（Betula platyhylla Sukaczev）林（BF）为研究对象，采用简单的季节性冻融处理实验，同步研究凋落物分解过程中的质量损失、生物元素释放以及凋落物分解过程中凋落物的微生物生物量和酶活性，这对于深入了解季节性冻融对高寒森林生态系统过程的影响具有十分重要的意义。季节性冻融期间，冷杉和白桦凋落物的失重率分别为18．9（±1．1）％和20．2（±2．3）％，其在一个生长季节内的失重率分别为8．0（±2．9）％和9．3（±3．3）％，而未经季节性冻融处理的新鲜冷杉和白桦凋落物在一个生长季节内的失重率分别为23．6（±4．8）％和25．5（±4．7）％。这表明季节性冻融对亚高山森林凋落物分解具有显著的影响，主要原因是季节性冻融改变了凋落物质量（如降低了养分含量，增加了木质素等难分解物质的含量以及C／N、L／N、C／P的比），从而对凋落物分解过程产生显著影响。季节性冻融期间，冷杉凋落物的C、N、P、K、Ca和Mg的释放率分别为15．0％、34．1％、17．0％、22．8％、20．1％和36．3％，白桦林凋落物的C、N、P、K、Ca和Mg的释放率为20．7％、29．4％、15．7％、16．8％、21．3％和20．5％。结合叶凋落物产量可以推断，冷杉林的新鲜叶凋落物在一个季节性冻融期间释放到土壤的N、P、K、Ca和Mg分别为10．17kg·hm-2、0．68 kg·hm-2、4．08 kg·hm-2、0．461 kg·hm-2和0．092 kg·hm-2，白桦林分别为5．61 kg·hm-2、0．34 kg·hm-2、1．21 kg·hm-2、0．300kg·hm-2和0．051 kg·hm-2。这对于亚高山土壤融化期间春季植物的生长具有重要的意义。经过季节性冻融的冷杉凋落物在一个生长季节内的C、N、P、K、Ca和Mg释放率分别为16．3％、22．3％、11．2％、27．1％、28．1％和2．3％。，经过季节性冻融的白桦凋落物在一个生长季节内的C、N、P、K、Ca和Mg释放率分别为19．7％、12．5％、26．5％、25．8％、24．3％和4.0％，均显著低于其对照凋落物在生长季节内的生物元素释放率。这主要缘于季节性冻融引起的凋落物质量改变，从而显著影响凋落物分解过程中生物元素的释放。季节性冻融期间，冷杉和白桦凋落物的木质素含量分别增加了7．3％和5．8％，木质素降解率分别为12．5％和13．1％；纤维素含量分别降低5．9％和8．3％，纤维素降解率分别为18．7％和21．9％。其在一个生长季节内的木质素含量分别增加了7．9％和7．1％，木质素降解率分别为7．8％和8．5％；纤维素含量分别降低10．9％和14．4％，纤维素降解率分别为14．9％和15．7％，显著低于对照凋落物木质素和纤维素的降解率。这表明，季节性冻融对亚高山森林凋落物的木质素和纤维素分解有显著影响。季节性冻融对凋落物分解过程中凋落物的微生物生物量碳（MBC）和氮（MBN）具有显著的影响。冻融处理的冷杉林凋落物的MBC比对照凋落物高12．7％（10．4％-19．0％），MBN比对照凋落物高107．8％（60．1％-374．O％）。冻融处理的白桦林凋落物的MBC比对照凋落物高28．7％（8．1％-63．6％），MBN则比对照凋落物低55．9％（37．0％-65．3％）。可见，季节性冻融对冷杉和白桦凋落物分解过程中的微生物活性具有显著影响。季节性冻融对凋落物中的酶活性具有不同程度的影响，这主要取决于酶本身的性质、凋落物类型和取样时间。季节性冻融处理的冷杉凋落物的过氧化物酶（POD）活性和脱氢酶（DAH）活性分别比对照凋落物低5．7％和12．1％，而转化酶（INV）活性、多酚氧化酶（PPO）活性、脲酶（URE）活性和纤维素酶（CEL）活性则分别比对照凋落物高66．1％、5．3％、31．5％和15．0％。冻融处理的白桦林凋落物，其POD、INV和URE活性分别比对照凋落物高20．0％、9．5％和32．6％，而DAH、PPO和CEL活性则分别比对照凋落物低9．0％、7．6％和28．9％。