范文一:长白山植被土壤野外实习报告 康凯
长白山植被土壤野外实习报告
天津师范大学
城市与环境科学学院 地理科学
08508008 康凯
2010年7月
长白山植被土壤野外实习报告
一、前言:
2010年7月在刚刚考完试的时候作为地理科学系的一项重要内容我们迎来了前往长白山的野外植被土壤实习考察。当天下午我们从天津站坐上了火车开始了我们这次为期7天的野外实习考察。经过了将近两天的车程在第三天凌晨我们终于到达了这次的主要实习地长白山二道白河。在经过一个上午的休息后,与第三日下午我们来到了长白山博物馆参观,从这里了解整个长白山的历史地理概况,为之后的考察做铺垫。在之后的第四日,第五日和第六日分别前往了几个具有特色的自然带代表地(针阔叶混交林带,针叶林带,岳桦林带)。并逐一进行了对其植被和土壤的考察。
二、长白山概况
长白山,位于吉林省延边州安图县和白山市抚松县境内,是中朝两国的界山、中华十大名山之一、国家5A 级风景区、关东第一山。因其主峰多白色浮石与积雪而得名,素有“千年积雪为年松,直上人间第一峰”的美誉。中国境内的白云峰海拔高度2691米,是东北第一高峰,而长白山最高峰是位于朝鲜境内的将军峰。
1、地理位置:
其位于东经100°10’~100°20’,北纬40°10’~100°20’之间的地带。主峰海拔2691米,海拔2500米以上的山峰有16座。它还是图们、鸭绿、松花三江之源。长白山以长白山天池为中心,长白山是一座巨型复式火山。由于其独特的地理位置和地质构造, 形成了神奇壮观的火山地貌,典型完整的动植物资源,富有北国情趣的冰雪风光。长白山是欧亚大陆北半部最具有代表性的典型自然综合体:长白山海拔约2700多米,由于气候高差悬殊及奇特的地质地貌,自下而上形成四个明显的垂直景观带,是实习植被和土壤垂直地带性分布的理想场所。
2、地质概况:
长白山自然保护区是以长白山中心火山锥体、山麓倾斜熔岩高原和熔岩台地三大地貌单元,大致围绕火山中心,呈同心环状分布。长白山中心火山锥体中部,
海拔高度1700米以上,锥底部半径20公里左右,是一座复合式休眠火山。围绕长白山天池有16座山峰它们分别是:白云峰、天豁峰、天文峰、龙白峰、芝盘峰、玉柱峰、梯云峰、卧龙峰、三厅峰、玉雪峰、华盖峰、白岩峰、孤隼峰、紫霞峰,冠冕峰和织女峰,海拔都在2500米以上,其中白云峰为最高,海拔2694米也是我国东北部最高的山峰。从锥体低部向下,地势呈台阶状向下倾斜,高度渐低,坡度渐缓。向下过度到山麓倾斜熔岩高原和熔岩台地。
3、气候概况:
长白山自然保护区属于受季风影响的温带大陆性山地气候,有明显的垂直气候变化带。冬季漫长凛冽,夏季短暂温凉,春季风大干燥,秋季多雾凉爽。年均气温在-7℃至3℃ 之间,7 月份平均气温不超过10℃,1 月最冷,月平均气温-20℃左右,最低气温曾出现过零下44℃。年日照时数不足2300小时。无霜期100天左右,山顶只有60天左右。积雪深度一般在50厘米左右,个别地方可达70厘米。年降水量在700~1400毫米之间,6~9月份降水占全年降水量的60--70%。
三、长白山植被实习部分
长白山山势高耸,地形起伏变化大,自然环境复杂多样。从山下到山上随着海拔高度的增加,气候、土壤、生物等呈现四个界限分明的垂直植被景观带。由下至上依次为针阔混交林带、针叶林带、岳桦林带和高山苔原带。
1、实习方法:
A 、样方法:在若干样方中计算全部个体,然后将其平均数进行推广,从而估计种群整体数量。
B 、生态序列法:选择某一种或数种环境因子逐步变化的地段进行考察。
C 、样线法:延环境变化显著方向拉开一条皮尺或测绳,详细记录绳尺经过的植物名称和植株高度以及生境特点。
2、植被类型:
A、针阔混交林带
于长白山下部,分布在海拔1100米下的玄武岩台地上。红松阔叶林带地势平缓、气候温和湿润,森林下发育着比较好的山地棕色森林土。森林生长茂密、
树木种类繁多,形成“长白林海”的壮丽景观。林分结构复杂,灌木和草木植物层次分明,以红松为主的常绿针叶树和落叶阔叶树混交是主要代表类型。在水湿地上生长着成片的落叶林。在长白山北坡局部地带还生长有长白松(美人松)的小片纯林,这里还有许多古老的植物,如:红松、紫松、黄菠萝、春榆。
代表植被:美人松:美人松又名长白松、赤松、属长绿乔木。高25—30米,胸径25—40(100)厘米。树冠椭圆形或扁卵状三角形或伞形。树干下部树皮棕褐色,深龟裂,上部棕黄色至红黄色,薄片状剥离,微反曲。枝每年一轮,当年枝黄褐色或绿褐色,平滑无毛,次年以后变深,灰褐色,老龄树小枝向上生长。雌雄同株,雄球花集生成椭圆形穗状花序,黄色,长卵形,长2—4毫米,有一披针形苞叶;雌球花卵形,红色,生幼枝先端,单生或2—3集生。球果圆锥形,长3.5—7厘米,径2—3厘米,灰绿色至褐绿色。种子灰褐色,卵形,有长翅。花期5—6月,果熟期9—10月。
B、暗针叶林带
暗针叶林带分布于倾斜玄武岩高原1100——1800m 之间。土壤主要是山地棕色泰加林土。这里湿冷,冬寒夏凉。常年云遮雾罩。森林结构比较简单,云杉占据优势,树高林密,四季常青。由于林冠遮天蔽日,林下明暗潮湿冠木和杂草生长稀疏。本带植物种类比较单纯,野生动物的分布也比较少,东北“三宝”之一的紫貂,集中分布在本带,这是垂直分布带兽类动物的代表种。鸟类有三趾啄木鸟等。
代表植被:鱼鳞松:又名鱼鳞云杉,是松科云杉属常绿乔木,分布于我国东北大兴安岭、小兴安岭、长白山,海拔300—2000米地带,常与红皮云杉、红松、冷杉、落叶松、色木、椴木、桦木等混生。鱼鳞云杉的寿命长,树干高大圆满通直,高达40米,胸径粗达1米左右。大枝平展,先端稍下垂,下部枝斜上,呈圆锥形树冠,或老时为圆柱形,树皮暗褐色,老时呈灰褐色,鳞状剥裂。球果呈圆柱形或长圆形,长4—6厘米,种子卵形,长2.4—3.0毫米,黑色,翅椭圆形,长约9毫米,宽3毫米,果期9—10月。
C、岳桦林景观带
分布在海拔1800——2100m 之间,地处长白山火山锥体的下部,坡度较陡,一般超过20以上。气候处在针叶林气候型与山地苔原气候型之间,气温低,相
对湿度较大。土壤类型为山地生草森林土。由于环境以及气候恶劣,植被为针叶林的先锋林岳桦林,同时山地苔原与针叶林成分彼此互相渗透,形成复杂的植被镶嵌类型。乔木以岳桦为主,亦分布有云杉、冷杉、落叶松和东北赤杨等。灌木主要有牛皮杜鹃、笃斯越桔等。动物种类较单调,数量亦少,这里仅在夏季成为偶蹄类动物如马鹿、梅花鹿等“避暑”、取食的场所。
代表植被:岳桦:桦木科桦木属落叶乔木植物,高6-12米。树皮灰黄白色,成层纸片状剥落,枝暗红褐色,幼枝暗绿色。冬芽矩圆形或卵球形。叶片薄,较硬,边缘有不规则的锯齿。果序单生或2个并生,直立。小坚果项部被短柔毛,两侧具膜质翅。花期5-6月,果期8-9月。
D、高山苔原景观带
分布在海拔2100m 以上,为长白山火山锥体的中上部。地表覆盖着厚的火山灰、火山砾、浮石等。气候为高山苔原型,湿度大、风力特强、土层脊薄。植被类型为高山苔原,无高大乔木,仅有矮小的灌木、多年生的草本植物、地衣、苔藓等。主要植物有牛皮杜鹃、笃斯越桔、松毛翠、大白花地榆、长白景天、圆叶柳等。动物种类更加稀少,穴居的高山鼠兔是高山苔原带唯一的兽类。此外,白腰雨燕、领岩鹨是高山苔原带常见的鸟类。
代表植被:高山罂粟:罂粟科罂粟属。多年生草本,植株矮小。叶基生,叶片轮廓卵形至宽卵形,一至二回羽状复裂,萼片2,舟状卵圆形,早落,花瓣4,宽倒卵圆形,较大,淡黄绿色或淡黄色,花冠辐射对称,雄蕊多数,花丝丝状,花药长圆形,黄色,子房长圆形,辐射状,蒴果倒卵形。
四、长白山土壤实习部分
由于在各个植被带的所收到的影响因素的不同,长白山的土壤也呈现出垂直带状分布,由下至上分别为暗棕色森林土、棕色针叶林土、山地生草森林土、山地苔原土。
1、实习方法:土壤剖面的挖掘与观察
2、土壤类型:
A、暗棕色森林土
长白山海拔1200m 以下,气候较为温暖湿润,年均温在0℃以上,因此这里
的化学风化较为剧烈,铁铝获得解放,生物小循环作用旺盛,引起大量盐基在表层土壤聚集,土壤进行棕壤化成土过程。土壤的主要形状为暗棕色或棕色,质地较粘重,多为块状结构或团粒状结构,适宜红松的生长。
B、棕色针叶林土
系山地暗针叶林带中的主要土类。该土类分布于长白山海拔1200-1800米之间,是长白山垂直带上保存最好的森林地段,以鱼鳞云衫、臭冷杉为优势构成多层异龄的各类云冷杉林。由于所处地带冷湿,土壤冻结,枯落物中缺乏灰分元素,富含单宁、树脂,土壤中残余酸性物质较多,且不能完全被盐基中和,致使土壤呈酸性,甚至强酸性反应。加上因冻层造成的土壤上层湿度较大的水分状况,使微生物不能完全分解,适合在针叶林下进行活动的当年凋落物的真菌,其活动也受到抑制,因而逐年积累形成了泥炭化的粗腐殖质层,也叫毡状层。此外,还有酸性淋溶过程和铁铝在表层聚积的过程。该土类成土母质多为花岗岩的残积物、坡积物以及火山灰和其它岩石的风化物。土壤的主要性状为土层较薄,土壤剖面层次清楚,多成灰色或灰白色,砂质,无明显结构。
C、山地生草森林土
该土类分布与长白山海拔1800-2100米之间,因所处地势较高,常受强风侵袭,空气湿度大,温度低,土壤的成土过程以物理风化为主。这里坡度较大,母质为崩塌风化的石块、角砾和砂土,土壤呈酸性反应,pH 值在6.5以下。土壤多成褐色和棕色,腐殖质含量大,质地较疏松。
D 、 山地苔原土
山地苔原土主要分布在长白山海拔2100米以上,其主要发育在火山灰上。土壤剖面较薄,发育不明显;植物生长季短,微生物分解缓慢,有机质堆积较多,有泥炭化过程,由于火山灰等母质蓄水性不好,泥炭层很薄。土壤多呈褐色,质地松软,肥力低。
E 、 其他非地带性土壤
除以上的地带性土壤以外,长白山还发育着一些非地带性土壤,如沼泽土、草甸土等。沼泽土所在的地形部位和植被类型有两种情况。一种是分布在落叶松甸子和莎草甸子的较高处,土层一般较薄。这种土壤层次发育不好,并有潜育化的现象。草甸土则分布在岳桦、落叶松疏林之间,地形多为缓坡的平坦地域。气
温较低,降水丰富。植被以小叶樟、山牛蒡等为主。土壤生草作用较明显,剖面夹有碎石,母质是玄武岩和火山砾等,并有微度潜育化影响。土层总厚度,一般在20-30厘米。植物根系较为密结,淀积层呈棕黄色,质地从中壤到砂壤,结构是小团粒到粒状。
五、小结
在经过了这次为期一周的野外实习考察后,我有很多的感受。首先在这次活动中我们学到了许多的知识,并且在野外实地验证了当初在课本上所学习的内容,进一步加深了我们对知识的了解与记忆。并且在这七天里全班同学共同生活在一起,相互帮助,相互照顾,在大家共同的努力下我们圆满地完成了这次野外考察,将成为我们永远珍藏的记忆。
城市与环境科学学院 地理科学
08508008 康凯
范文二:长白山植物土壤野外实习报告
长白山植物土壤野外实习报告
08地理科学班 何永杰 08508006
长白山自然地理环境概述
白山,位于吉林省延边州安图县和白山市抚松县境内,是中朝两国的界山、中华十大名山之一、国家5A 级风景区、关东第一山。因其主
峰多白色浮石与积雪而得名,素有“千年积雪为年松,直上人间第一峰”的美誉。中国境内的白云峰海拔高度2691米,是东北第一高峰,而长白山最高峰是位于朝鲜境内的将军峰。长白山是中国东北境内海拔最高、喷口最大的火山体。长白山是温带大陆季风型高山气候,冬长、寒而燥;夏短、凉而湿;全年多云雾。北坡有明显的垂直气候带、自下而上为山地针阔混交林气候带、山地针叶林气候带、山地岳桦林气候带、高山灌丛气候带、高山荒漠气候带。 长白山是我国著名的休眠火山,位于东经127°40' ~128°16', 北纬41°35' ~42°25' 之间的地带之间。总观山体,1800米以下为熔岩高原,地势倾斜平缓;以上为火山椎体,山势陡峻。气候随海拔有明显的垂直地带分布,气候类型复杂多样。
长白山是中、朝两国界山。是图们江、鸭绿江、松花江的三江发源地,闻名中外的美景,一望无际的林海,以及栖息其间的珍禽异兽,使它于1980年列入联合国国际生物圈保护区。长白山区森林茂密,500~1,200米之间以红松、鱼鳞松、沙松、鹅耳枥、枫等为主;1,200~1,800米以云杉、冷杉林为主;1,800米以上有岳桦矮林,是中国重要林区。林间有梅花鹿、貂、东北虎等珍贵动物,以及人参等药材。人参、貂皮、鹿茸为东北“三宝”,长期享誉中外。1960年建立自然保护区,面积21.5万公顷。长白山土壤类型复杂多样,满足多种植物生长需求。
实习地点:吉林省延边州安图县和白山市抚松县长白山风景区 实习时间:2010年7月3号——2010年7月10号 指导老师:刘海亮老师、刘伟老师、弋良朋老师等
实习目的:通过实习能够进一步了解植物、植物群落、和自然环境的相互关系:认识自然环境条件在空间上的变化,导致植物、植物群落分布和生长状况变化的规律。通过长白山不同海拔地区水热组成状况的变化导致土壤类型的变化,进一步了解土壤的结构变化,从而认识土壤,提高分析问题的能力。
实习意义:通过一年的植物地理学和土壤地理学的学习,在课堂上我们对植物、植物生长条件及生长因素对植物的影响,植物群落、植被类型等以及土壤的形成,土壤结构,土壤类型等有了理解,通过野外实习,我们将亲近大自然,切身体会植物和土壤的丰富多彩,了解大自然的魅力;同时通过实习我们学会了关于植物和土壤的基本的调查研究方法,学会的植物标本的制作,土壤剖面形态的研究等。通过实习我们提高了分析问题解决问题的能力,学会的沟通协作,学会了一些我们不了解的生活常识。
长
一. 引言
长白山像一条玉龙,横亘在中国的东北边疆,它以美丽富饶、景色壮观闻名中外。长白山主峰附近的白头山天池是著名的火山湖,湖内最深处达373米,平均水深204米。天池本来就以澄澈的湖水、沸腾的温泉和轰鸣的瀑布吸引了无数的游客。长白山是一座休眠火山,其形成有着特殊而悠远的地质条件,长白山有着丰富的火山地貌景观,地热温泉资源丰富。长白山是作为中国十大名山之一并与五岳齐名、名光秀丽、景色迷人的关东第一山,2007年成为国家首批AAAAA 级风景区,因其主峰白云峰多白色浮石与积雪而得名,素有" 千年积雪为年松,直上人间第一峰" 的美誉。走进长白山,就是走进雄浑和博大——雄姿跃出海面2691米。以长白山天池为代表,集瀑布、温泉、峡谷、地下森林、火山熔岩林、高山大花园、地下河、原始森林、云雾、冰雪等旅游景观为一体,构成了一道亮丽迷人的风景线。大自然赋予了它无比丰富独特的资源,使之成为集生态游、风光游、边境游、民俗游四位一体的旅游胜地。
二. 植物地理实习
一)。实习方法:
1. 样方法: 根据生态学原理选择一块有代表性或者有某种特征的地块作为调查地,样方的面积满足群落最小面积,样方的形状为方形
2. 乔木调查记录表
调查者:第三小组全体成员 调查时间:2010年7月5号 样地编号:01 总群闭度:7×8 分层群闭度:5×6 群落类型:温带落叶阔叶林
3. 草木调查记录表
调查者:第三小组全体成员 调查时间:2010年7月5号 样地编号:01 总群闭度:2×2 分层群闭度:1×1 群落类型:禾本科等植物群落
2. 生态系列(圆池) 内容下文详解 二)。植物区系分析(特点、名称)
长白山植物区属于泛北极植物区——中国-日本森林植物亚区——东北植物地区(吴征镒中国植物去洗分区方案),长白山地形地貌复杂多样,气候类型复杂多样,因此植被类型也复杂多样,由于山势的影响,长白山植物具有明显的垂直分布差异,这更增加了长白山植物的多样性。通过对以往资料得分析统计得出长白山共有维管束植物134科517属1 323种. 对这些植物从属、种两级进行统计分析, 结果表明:长白山4个植被垂直带的植物区系具有明显的垂直分布格局; 在整体上具有温带性质, 包含有少量的热带成分, 主要体现在阔叶
红松林带; 随海拔的升高, 温带性质逐渐减弱, 寒带亚寒带逐渐增强. 植物区系的垂直变化反映了长白山低海拔植物区系与热带植物区系的联系, 以及高海拔地段与北极成分之间的联系。长白山有自己的特有种——长白美人松,这是长白山独有的树木。
三)。植被类型论述
由于火山爆发所形成的长白山,由火山锥体、山麓倾斜高原、熔岩台地三大地貌种类组成。长白山天池位于锥体的顶部,是世界上海拔最高的火山口湖,天池水面海拔2194米,四周奇峰林立。长白山地形复杂,有高山、高原、台地、河谷、沼泽地等。海拔较高,土壤一般为山地棕色森林土,气候温和湿润,夏温较高,年降雨量大,使长白山的植被类形复杂、多样、植物种类十分丰富。由于长白山地形复杂,使植被产生了显著的分化,出现了各种不同的森林群落、草甸群落、沼泽群落及岩生、水生等群落。随着海拔高度的不同,形成了四个自然景观带。从长白山山麓到山顶,随着海拔高度的增加,可以看到温带到寒带的不同植物类:在海拔500~1000米出现针阔混交林带;在海拔1000~1800米出现针叶林带;在火山锥体的下部海拔1800~2000之间出现岳桦林带;在火山锥体的中、上部海拔2000米以上为高山苔原带,即呈现山地植被垂直分布带。 针阔混交林景观带
针阔混交林景观海拔在1000米以下,是较平缓的玄武岩台地,气候温和湿润,森林茂密,是以红松为主的针阔混交林,北侧局部有长白松片林。长白松(赤松)因其树干挺直,树冠短小,树姿秀美而又获美人松之名,成为延边朝鲜族自治州州树。针叶树和阔叶树的比例随海拔增高而有规律地变化。针叶树随海拔增高而增于这里棕色森植物繁始针阔仅种类灌木、草
多,阔叶树随着海拔增高而减少。由地形平缓,气候温和、湿润,山地暗林土肥沃,所以植物种类丰富,藤本茂,群落结构较为复杂。长白山的原混交林,群落久貌民常雄浑伟丽,不繁多,而且结构复杂。可分为乔本、本三层。第一层的代表性植物为红松,
树高常达三四十米。红松为中性树种,幼龄阶段需要在避光条件下生长。树干笔直,材质优良,用途广泛,是长白山珍贵树种之一。除红松外,还有长白落叶松、红皮臭、鱼鳞松、长白松及为数不多的紫杉。阔叶树有春榆、蒙古栎、水曲柳、胡桃楸、山杨、白桦、大青杨等。这一景观带的灌木种类也相当丰富,代表性灌木有毛榛、五加及刺五加、卫茅、忍科、接骨木、悬钩子、蔷薇等。
在混交林下的草本植物更为繁茂,常形成小片优势群落,高者达1米多,低者仅为10厘米左右。常见的有山茄子、棉马、木贼、蕨、常叶铁线蕨、阴地苔等。 这里的藤本植物也非常发达,主要有山葡萄、狗枣子、软枣子、木通、五味子等。它们常常紧密地缠绕在乔木和灌木中间,颇有亚热带森林的景象。这一带林木苍翠,碧绿葱茂,层次分明,而且植物种类繁多,野生动物的食料丰富,带内动物种类也较多,有虎、鹿、林蛙、细鳞鱼等都生长在这里。 针叶林景观带
针叶林景观带处于海拔1000米~1800米之间,在针阔混交林上部。由于海拔高度的变化,又可把这一景观带分为两部分:海拔1000米~1600米为明针叶林亚带;海拔1600米~1800米亚带。明针叶林亚带为由地棕土,灰化现象不明显。但是,度的增加,灰化现象亦加明显,渐厚。森林植物以红松、云杉、随着小地形、小气候的不断变
为暗针叶林色泰加林随着海拔高枯枝落叶层冷杉为主。化,植物组
成比例也有变化。岗地红松较多,斜坡云杉、冷杉较多,而北坡则以红松、长白落叶松混交林占优势。暗针叶林带下的灌木和草本植物不如针阔混交林带繁盛。原来的针阔混交林中的小乔木,在这里竟成为灌木状,同时还有长白瑞香,林奈草等小灌木。草本植物主要有耐阴湿的木贼、尖齿蹄盖蕨、午鹤草和石松,还有喜冷湿阴暗的苔藓。
暗针叶林亚带为弱灰化的山地棕色泰加林土。随着每拔的增高,气候更加冷湿,常有云雾笼罩。加之树木稠密,郁闭度大,林内特别阴暗,故称之暗针叶林。植物群落主要以鱼鳞松、臭松、红皮臭构成。红松在这里已绝迹,岳桦也只是在迎风的石质坡岗地偶尔得见。
灌木在这里发育很差,只有高山松、宽叶杜香及茶藜属植物星散分布。草本植物除大型草本大鳞毛蕨之外,其余小型草本常与苔藓交织一起。这里苔藓植物特别发达,苔藓厚度达10厘米以上。世界上少有的加拿大茱萸在这里亦有分布,被有关专家称为“藓的世界”。又因林内空气极度潮湿,在林冠的中层和下层树枝上有大量地地衣松萝披持枝头,随风飘摆。紫貂、棕熊常年在这里生息。
岳桦林景观带
处于海拔1800米~2000米之间,在长白山火山锥体的下部。这里地势陡峭,平均气温在10℃~14℃之间, 常有8级以上大风, 主要土壤为山地生草森林土。这里是针叶林和山地苔原过渡带,是山地苔原和森林成分的特殊结合部。乔木以岳
桦为主,还有云杉、冷杉、落叶松、东北赤杨;灌木以牛皮杜鹃、笃斯越桔为主。岳桦林也因海拔高度的增大及高山严寒的气候、瘠薄的土壤、强风的吹袭等因素的影响,枝干矮曲丛生,上部匍匐状生长,根系比较发达。
恶劣的气候条件使动物食料贫乏,因而动物种类比较单纯,数量亦少。马鹿、黑熊、野猪、狍子等愿在此躲辟酷暑。
高山苔原景观带
处于海拔2000米以上,在火山锥体中部和上部。这里气候严寒,湿度很大,几乎天天降水,是吉林省风力最大、刮风日最多的地区。由于气候严酷,土层瘠薄,植物分布由下而上逐渐稀疏,种类逐渐减少。高大的树木已经绝迹,由矮小的灌木、多年生的草本、地衣、苔藓等形成了广阔的地毯式苔原带,构成了长白山特殊的景观类型。每年六七月,苔原上百花争艳,宛如美丽的天然花园。在岩石裸地上掘洞穴居的高山鼠兔,是高山苔原带上惟一的兽类。白腰雨燕飞翔迅速,疾如闪电,和领岩鹨定居在悬崖峭壁上,耐严寒,迎风雪,是高山苔原景观中最常见的鸟类。
按植被分类的标准划分,山地苔原植被可分为3个基本类型:
第一种,灌木地衣苔原。主要分布在海拔2000米~2300米高山苔原的中下部风力较弱的缓坡和碟形洼地中,面积非常广泛,代表植物以牛皮杜鹃、笃斯越桔、苞叶杜鹃、松毛翠、八瓣莲等小灌木占优势,地衣呈斑块状分布。
第二种,草本灌木苔原。分布面积较小,多在沟谷部湿度较大处。草本植物以苔草深山耧斗圆叶柳,第三风势猛所以,植白枣棘
属、禾本草、大白花地榆、长白景天、菜为主;灌木有牛皮杜鹃、松毛翠、分布数量较少。
种,石质苔原。在海拔2600米以上,烈,岩石裸露,几乎没有土壤发育。物非常稀疏,种类极度贫乏。只有长豆、长白景天等草本植物微弱生长,
株高仅有5厘米~10厘米左右。局部裸露地区常有大片苔藓友好往来落,形成厚达10厘米~15厘米的藓褥。在2500为以上的高苔原带,还生长着惟长白山仅有的长白柳等。
四)。植被垂直分布规律
长白山植物具有明显的垂直地带性,由于不同海拔水热组成状况的差异,导致植被随海拔有以下变化,如下图所示。
五)圆池生态系列
圆池位于长白山东侧,是赤峰山西北侧的一个火山口积水而成,因湖呈圆形而得名。圆池直径180米,水面海拔1270米。圆池是长白山上的一颗明珠,人们称它是天池的姐妹湖,整个湖区清纯而洁净。环湖岸边松林苍郁,在林间的空地上,如茵的绿草丛中盛开着朵朵小花,红的、粉的、白的,一点点,一簇簇,与淡蓝色的湖水相辉映。时有花尾鱼戏水遨游,微风拂来,吹皱了满池湖水,却也是绿肥红瘦。传说天宫中三仙女下凡,在池中戏水玩耍。浴后穿衣时,忽然飞来一只神鹊,将衔在口中的一颗朱果吐在小妹佛库纶的衣裙上。佛库纶拾起朱果含在口中,朱果落人腹内,结果竟受孕生下一个男孩,姓爱新觉罗,名布库里雍顺,他的后代就是清朝的历代皇帝。因此,清王朝尊圆池为“生龙圣泽”,圆池又得名“天女浴躬池”
。
上图反映了圆池附近的生态系列,体现非地带性变化,通过植物演替的过程我们可以看出圆池附近生态的变化。
六)长白山植物与秦皇岛祖山植物变化的简单比较
祖山,山势跌宕,峰峦陡峻。以山、水、石、洞、花五奇著称,是一处具有一定历史文化内涵的山岳型自然风景区。春季繁花似锦,百鸟争鸣;夏季风凉气爽,云蒸霞蔚;秋季红叶满山,野果飘香等病症季银妆素裹,玉树琼花,被誉为“塞北小黄山”。山势雄伟,群峰林立。海拔千米以上的高峰达二十多座。但祖山没有长白山海拔好,植被变化也没有明显的垂直变化情况,而且祖山的植物种属没有长白山的多。祖山的基带为温带落叶阔叶林,而长白山的基带也为温带落叶阔叶林,这是相同之处。长白山有自己的特有种——长白美人松,而且长白山有高山苔原带,这是长白山的独特之处。
三.土壤地理实习
一)。实习方法
路线调查方法
通过长白山从山顶到山脚不同景观带的变化,每一个景观带选一个样方,做土壤剖面分析。每个剖面与一定海拔高度的景观带有联系,可以反应不同景观带下土壤的变化情况。
土壤剖面坑的大小是:顺坡垂直水平面向下直到母质层或基岩出露为止。
4. 土壤野外调查记录表
四. 长白山开发现状、存在问题及解决方案
长白山树种繁多,珍贵树种丰富,森林覆盖率较高,生态效益显著,林区物种繁多,自然景观独特,地表水、地下水资源异常丰富,土地类型复杂,野生动植物种类繁多,是保存相对较完好的自然环境及生态系统,独特的自然景观和人文景观为旅游业提供了丰富的物质基础。
通过对长白山地区森林资源、土地资源、地表水资源、地下水资源、野生植物资源、野生动物资源、旅游资源等自然资源的开发利用的现状,分析了长白山地区各种自然资源在开发利用中存在的各种问题:资源底数不清,影响开发利用的方向和规划的制定,开发方针与资源的客观存在不相适应,开发与保护不协调,可更新资源的环境与其增殖发展的要求不相适应;资源开发无统一方向和长远的规划,缺乏整体和综合的观点;集约化程度不高,综合利用深加工不够,商品生产水平低; 资源的开发、生产加工和供销相脱节,经济、社会和生态效益不统一,法制不健全。
通过对长白山地区资源开发的优势和劣势的分析,总结出本区的优势主要有:山地广阔,类型多样,有利于农业、林业的发展;野生动植物资源丰富,有利于发展多种经营和商品生产,矿产丰富,有利于发展矿产基地; 独特的自然环境有利于发展旅游业。本区的劣势是:开发利用不合理引起了生态环境恶化,自然灾害较多;交通不便,产品运输困难;科研、技术力量不足,生产水平低,产品的深加工、综合利用程度不高。长白山地区生态经济系统存在的问题就是结构不合理、功能不健全,系统表现属性并非良性循环。
合理开发森林资源、保护森林生态环境的对策主要有:合理开发利用森林资源,协调好人口、经济和发展林业的关系;全面贯彻落实“以营林为基础”发展林业的方针;采用现代科学技术手段,全面提高林业的经济效益;实行新的技术政策;必须对林业经济政策进行改革;改革林业管理体制; 加强管理,建立健全地方性法规和条例,以法治林、管林;合理调整林龄结构和林种结构。 确定长白山地区土地利用的合理结构必须做到因地置宜,必须考虑经济效益问题,应能发挥长白山地区土地的优势,使生态环境得到保护和改善。
长白山野外实习报告 第 11 页 2013-4-16
五.实习感受
长白山实习是我们大学阶段最重要的一次实习,路途遥远,实习机会不易,长白山实习给我们留下了深刻的难忘的回忆。虽然很艰苦,但是我们以苦为乐,在各位老师的辛勤指导下,我们学会了很多。不仅是课本知识更在为人处事上我们有更大的进步,同学们更加团结了。 我们更加懂得遵守纪律了,实习很锻炼人,我很喜欢去长白山的这次实习。
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范文三:长白山植被土壤野外实习报告康凯
长白山植被?土壤野外实?习报告
天津师范大?学
城市与环境?科学学院 地理科学
08508?008 康凯
2010年?7月
长白山植被?土壤野外实?习报告
一、前言:
2010年?7月在刚刚?考完试的时?候作为地理?科学系的一?项重要内容?我们迎来了?前往长白山?的野外植被?土壤实习考?察。当天下午我?们从天津站?坐上了火车?开始了我们?这次为期7?天的野外实?习考察。经过了将近?两天的车程?在第三天凌?晨我们终于?到达了这次?的主要实习?地长白山二?道白河。在经过一个?上午的休息?后,与第三日下?午我们来到?了长白山博?物馆参观,从这里了解?整个长白山?的历史地理?概况,为之后的考?察做铺垫。在之后的第?四日,第五日和第?六日分别前?往了几个具?有特色的自?然带代表地?(针阔叶混交?林带,针叶林带,岳桦林带)。并逐一进行?了对其植被?和土壤的考?察。
二、长白山概况?
长白山,位于吉林省?延边州安图?县和白山市?抚松县境内?,是中朝两国?的界山、中华十大名?山之一、国家5A级?风景区、关东第一山?。因其主峰多?白色浮石与?积雪而得名?,素有“千年积雪为?年松,直上人间第?一峰”的美誉。中国境内的?白云峰海拔?高度269?1米,是东北第一?高峰,而长白山最?高峰是位于?朝鲜境内的?将军峰。
1、地理位置:
其位于东经?100?10’,100?20’,北纬40?10’,100?20’之间的地带?。主峰海拔2?691米,海拔250?0米以上的?山峰有16?座。它还是图们?、鸭绿、松花三江之?源。长白山以长?白山天池为?中心,长白山是一?座巨型复式?火山。由于其独特?的地理位置?和地质构造?,形成了神奇?壮观的火山?地貌,典型完整的?动植物资源?,富有北国情?趣的冰雪风?光。长白山是欧?亚大陆北半?部最具有代?表性的典型?自然综合体?:长白山海拔?约2700?多米,由于气候高?差悬殊及奇?特的地质地?貌,自下而上形?成四个明显?的垂直景观?带,是实习植被?和土壤垂直?地带性分布?的理想场所?。
2、地质概况:
长白山自然?保护区是以?长白山中心?火山锥体、山麓倾斜熔?岩高原和熔?岩台
地三大?地貌单元,大致围绕火?山中心,呈同心环状?分布。长白山中心?火山锥体中?部,海拔高度1?700米以?上,锥底部半径?20公里左?右,是一座复合?式休眠火山?。围绕长白山?天池有16?座山峰它们?分别是:白云峰、天豁峰、天文峰、龙白峰、芝盘峰、玉柱峰、梯云峰、卧龙峰、三厅峰、玉雪峰、华盖峰、白岩峰、孤隼峰、紫霞峰,冠冕峰和织?女峰,海拔都在2?500米以?上,其中白云峰?为最高,海拔269?4米也是我?国东北部最?高的山峰。从锥体低部?向下,地势呈台阶?状向下倾斜?,高度渐低,坡度渐缓。向下过度到?山麓倾斜熔?岩高原和熔?岩台地。 3、气候概况:
长白山自然?保护区属于?受季风影响?的温带大陆?性山地气候?,有明显的垂?直气候变化?带。冬季漫长凛?冽,夏季短暂温?凉,春季风大干?燥,秋季多雾凉?爽。年均气温在?-7?至3? 之间,7 月份平均气?温不超过1?0?,1 月最冷,月平均气温?-20?左右,最低气温曾?出现过零下?44?。年日照时数?不足230?0小时。无霜期10?0天左右,山顶只有6?0天左右。积雪深度一?般在50厘?米左右,个别地方可?达70厘米?。年降水量在?700,1400毫?米之间,6,9月份降水?占全年降水?量的60--70,。
三、长白山植被?实习部分
长白山山势?高耸,地形起伏变?化大,自然环境复?杂多样。从山下到山?上随着海拔?高度的增加?,气候、土壤、生物等呈现?四个界限分?明的垂直植?被景观带。由下至上依?次为针阔混?交林带、针叶林带、岳桦林带和?高山苔原带?。
1、实习方法:
A、样方法:在若干样方?中计算全部?个体,然后将其平?均数进行推?广,从而估计种?群整体数量?。
B、生态序列法?:选择某一种?或数种环境?因子逐步变?化的地段进?行考察。 C、样线法:延环境变化?显著方向拉?开一条皮尺?或测绳,详细记录绳?尺经过的植?物名称和植?株高度以及?生境特点。
2、植被类型:
A、针阔混交林?带
于长白山下?部,分布在海拔?1100米?下的玄武岩?台地上。红松阔叶林?带地势
平缓?、气候温和湿?润,森林下发育?着比较好的?山地棕色森?林土。森林生长茂?密、树木种类繁?多,形成“长白林海”的壮丽景观?。林分结构复?杂,灌木和草木?植物层次分?明,以红松为主?的常绿针叶?树和落叶阔?叶树混交是?主要代表类?型。在水湿地上?生长着成片?的落叶林。在长白山北?坡局部地带?还生长有长?白松(美人松)的小片纯林?,这里还有许?多古老的植?物,如:红松、紫松、黄菠萝、春榆。
代表植被:美人松:美人松又名?长白松、赤松、属长绿乔木?。高25—30米,胸径25—40(100)厘米。树冠椭圆形?或扁卵状三?角形或伞形?。树干下部树?皮棕褐色,深龟裂,上部棕黄色?至红黄色,薄片状剥离?,微反曲。枝每年一轮?,当年枝黄褐?色或绿褐色?,平滑无毛,次年以后变?深,灰褐色,老龄树小枝?向上生长。雌雄同株,雄球花集生?成椭圆形穗?状花序,黄色,长卵形,长2—4毫米,有一披针形?苞叶;雌球花卵形?,红色,生幼枝先端?,单生或2—3集生。球果圆锥形?,长3.5—7厘米,径2—3厘米,灰绿色至褐?绿色。种子灰褐色?,卵形,有长翅。花期5—6月,果熟期9—10月。
B、暗针叶林带?
100——1800m?之间。土壤主要是?山地棕暗针叶林带?分布于倾斜?玄武岩高原?1
色泰?加林土。这里湿冷,冬寒夏凉。常年云遮雾?罩。森林结构比?较简单,云杉占据优?势,树高林密,四季常青。由于林冠遮?天蔽日,林下明暗潮?湿冠木和杂?草生长稀疏?。本带植物种?类比较单纯?,野生动物的?分布也比较?少,东北“三宝”之一的紫貂?,集中分布在?本带,这是垂直分?布带兽类动?物的代表种?。鸟类有三趾?啄木鸟等。
代表植被:鱼鳞松:又名鱼鳞云?杉,是松科云杉?属常绿乔木?,分布于我国?东北大兴安?岭、小兴安岭、长白山,海拔300?—2000米?地带,常与红皮云?杉、红松、冷杉、落叶松、色木、椴木、桦木等混生?。鱼鳞云杉的?寿命长,树干高大圆?满通直,高达40米?,胸径粗达1?米左右。大枝平展,先端稍下垂?,下部枝斜上?,呈圆锥形树?冠,或老时为圆?柱形,树皮暗褐色?,老时呈灰褐?色,鳞状剥裂。球果呈圆柱?形或长圆形?,长4—6厘米,种子卵形,长2.4—3.0毫米,黑色,翅椭圆形,长约9毫米?,宽3毫米,果期9—10月。
C、岳桦林景观?带
分布在海拔?1800——2100m?之间,地处长白山?火山锥体的?下部,坡度较陡,一般超过2?0以上。气候处在针?叶林气候型?与山地苔原?气候型之间?,气温低,相对湿度较?大。土壤类型为?山地生草森?林土。由于环境以?及气候恶劣?,植被为针叶?林的先锋林?岳桦林,同时山地苔?原与针叶林?成分彼此互?相渗透,形成复杂的?植被镶嵌类?型。乔木以岳桦?为主,亦分布有云?杉、冷杉、落叶松和东?北赤杨等。灌木主要有?牛皮杜鹃、笃斯越桔等?。动物种类较?单调,数量亦少,这里仅在夏?季成为偶蹄?类动物如马?鹿、梅花鹿等“避暑”、取食的场所?。
代表植被:岳桦:桦木科桦木?属落叶乔木?植物,高6-12米。树皮灰黄白?色,成层纸片状?剥落,枝暗红褐色?,幼枝暗绿色?。冬芽矩圆形?或卵球形。叶片薄,较硬,边缘有不规?则的锯齿。果序单生或?2个并生,直立。小坚果项部?被短柔毛,两侧具膜质?翅。花期5-6月,果期8-9月。
D、高山苔原景?观带
分布在海拔?2100m?以上,为长白山火?山锥体的中?上部。地表覆盖着?厚的火山灰?、火山砾、浮石等。气候为高山?苔原型,湿度大、风力特强、土层脊薄。植被类型为?高山苔原,无高大乔木?,仅有矮小的?灌木、多年生的草?本植物、地衣、苔藓等。主要植物有?牛皮杜鹃、笃斯越桔、松毛翠、大白花地榆?、长白景天、圆叶柳等。动物种类更?加稀少,穴居的高山?鼠兔是高山?苔原带唯一?的兽类。此外,白腰雨燕、领岩鹨是高?山苔原带常?见的鸟类。
代表植被:高山罂粟:罂粟科罂粟?属。多年生草本?,植株矮小。叶基生,叶片轮廓卵?形至宽卵形?,一至二回羽?状复裂,萼片,,舟状卵圆形?,早落,花瓣,,宽倒卵圆形?,较大,淡黄绿色或?淡黄色,花冠辐射对?称,雄蕊多数,花丝丝状,花药长圆形?,黄色,子房长圆形?,辐射状,蒴果倒卵形?。
四、长白山土壤?实习部分
由于在各个?植被带的所?收到的影响?因素的不同?,长白山的土?壤也呈现出?垂直带状分?布,由下至上分?别为暗棕色?森林土、棕色针叶林?土、山地生草森?林土、山地苔原土?。
1、实习方法:土壤剖面的?挖掘与观察?
2、土壤类型:
A、暗棕色森林?土
长白山海拔?1200m?以下,气候较为温?暖湿润,年均温在0??以上,因此这里的?化学风化较?为剧烈,铁铝获得解?放,生物小循环?作用旺盛,引起大量盐?基在表层土?壤聚集,土壤进行棕?壤化成土过?程。土壤的主要?形状为暗棕?色或棕色,质地较粘重?,多为块状结?构或团粒状?结构,适宜红松的?生长。
B、棕色针叶林?土
200?-1800米系山地暗针?叶林带中的?主要土类。该土类分布?于长白山海?拔1?之间,是长白山垂?直带上保存?最好的森林?地段,以鱼鳞云衫?、臭冷杉为优?势构成多层?异龄的各类?云冷杉林。由于所处地?带冷湿,土壤冻结,枯落物中缺?乏灰分元素?,富含单宁、树脂,土壤中残余?酸性物质较?多,且不能完全?被盐基中和?,致使土壤呈?酸性,甚至强酸性?反应。加上因冻层?造成的土壤?上层湿度较?大的水分状?况,使微生物不?能完全分解?,适合在针叶?林下进行活?动的当年凋?落物的真菌?,其活动也受?到抑制,因而逐年积?累形成了泥?炭化的粗腐?殖质层,也叫毡状层?。此外,还有酸性淋?溶过程和铁?铝在表层聚?积的过程。该土类成土?母质多为花?岗岩的残积?物、坡积物以及?火山灰和其?它岩石的风?化物。土壤的主要?性状为土层?较薄,土壤剖面层?次清楚,多成灰色或?灰白色,砂质,无明显结构?。
C、山地生草森?林土
该土类分布?与长白山海?拔1800?-2100米?之间,因所处地势?较高,常受强风侵?袭,空气湿度大?,温度低,土壤的成土?过程以物理?风化为主。这里坡度较?大,母质为崩塌?风化的石块?、角砾和砂土?,土壤呈酸性?反应,pH值在6?.5以下。土壤多成褐?色和棕色,腐殖质含量?大,质地较疏松?。
D、山地苔原土?
山地苔原土?主要分布在?长白山海拔?2100米?以上,其主要发育?在火山灰上?。土壤剖面较?薄,发育不明显?;植物生长季?短,微生物分解?缓慢,有机质堆积?较多,有泥炭化过?程,由于火山灰?等母质蓄水?性不好,泥炭层很薄?。土壤多呈褐?色,质地松软,肥力低。
E、 其他非地带?性土壤
除以上的地?带性土壤以?外,长白山还发?育着一些非?地带性土壤?,如沼泽土、草甸土等。沼泽土所在?的地形部位?和植被类型?有两种情况?。一种是分布?在落叶松
甸?子和莎草甸?子的较高处?,土层一般较?薄。这种土壤层?次发育不好?,并有潜育化?的现象。草甸土则分?布在岳桦、落叶松疏林?之间,地形多为缓?坡的平坦地?域。气温较低,降水丰富。植被以小叶?樟、山牛蒡等为?主。土壤生草作?用较明显,剖面夹有碎?石,母质是玄武?岩和火山砾?等,并有微度潜?育化影响。土层总厚度?,一般在20?,30厘米。植物根系较?为密结,淀积层呈棕?黄色,质地从中壤?到砂壤,结构是小团?粒到粒状。
五、小结
在经过了这?次为期一周?的野外实习?考察后,我有很多的?感受。首先在这次?活动中我们?学到了许多?的知识,并且在野外?实地验证了?当初在课本?上所学习的?内容,进一步加深?了我们对知?识的了解与?记忆。并且在这七?天里全班同?学共同生活?在一起,相互帮助,相互照顾,在大家共同?的努力下我?们圆满地完?成了这次野?外考察,将成为我们?永远珍藏的?记忆。
城市与环境?科学学院 地理科学
08508?008 康凯
范文四:旅游干扰对长白山景区土壤性质及植被群落的影响
旅游干扰对长白山景区土壤性质及植被群落的影响
李 茜
华中科技大学武昌分校, 湖北 武汉 430064
摘 要: 为了解旅游开发对长白山自然保护区的生态影响,采用样方分析法对长白山主要景点各样方内的土壤和植被 群落进行调查研究。试验结果表明:旅游干扰主要对乔木层幼苗数有一定的影响,对灌木层盖度和草本层的高度影 响明显,尤其是对游径边缘5 m以内的近景区。旅游干扰使土壤理化性质发生变化,主要表现为随着干扰强度增加,
土壤含水量、有机质含量、全氮及全磷含量逐渐减低,而土壤容重、PH值、全钾含量则逐渐增高。 关键词: 长白山景区; 旅游干扰; 土壤; 植被群落 中图法分类号: U695.1+4 文献标识码: A 文章编号: 1000-2324(2015)01-0074-04 Impacts o fTourist Disturbance o Snoil Properties an dPlant Communities in the Natural Reservation Ar oefa ChangbaiM ountain
LI Qian
Huazhong University of Science and Technology Wuchang Branch, Wuhan 430064, China
Abstract: In order to know the ecological effect of tourist, sampling was researched to soil and vegetation in Changbai Mountain scenic area. The results were as follows: The impact of tourist disturbance on seedlings of tree layer. There was a marked effect on the cover of shrub layer and the height of herb layer, especially on the area of 5 m nearby trails. Soil physiochemical properties analysis showed that soil properties was obviously changed by tourist disturbance. The content of water and organic, the total N and the total P in soil decreased with the increasing intensity of tourist disturbance, but the bulk densities and the value of PH and the total K increased.
Keywords: Changbai Mountain Scenic Area; tourist disturbance; soil; plant communities
随着我国旅游业的不断发展,在取得经济效益的同时,也给旅游地的生态环境带来了一定程度的负面效应。景区的植被和土壤是旅游地生态系统重要的组成部分,也是受影响最为直接的生态因 [1,2]子。国外研究旅游干扰对植被和土壤影响的方面较早,主要集中在践踏对植物结构、物种组成、
[3-5][6-8]多样性及土壤的影响、不同干扰强度对植物高度、盖度和丰富度的变化等方面的研究。而国内 [9]学者针对旅游干扰对景区生态的影响也做了大量研究。巩劼等在研究黄山风景区中指出,不同的 [10]干扰强度对于灌木层高度、草本层盖度及物种组成有显著的影响。廖小娟等研究太姥山风景区认 [11]为,不同距离带上的植被受到干扰的敏感性有所差异。陆林等研究表明,旅游踩踏对于土壤容重 及含水量影响较大。长白山风光秀丽、景色迷人,是首批国家 5A 级风景区,2013 年接待游客 110 万人次,高峰期日接待人次超过 8000,长期的人为干扰给景区内的生态环境造成严重迫害。
但目前,有关于旅游对长白山景区中植被和土壤干扰的影响还未见报道。因此,本研究 对旅游干扰下植物群落、土壤理化性质等方面进行了考察探究,以其为保护长白山生态环境及实现 旅游业的可持续发展提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区总体概况
长白山风景区位于吉林省南部,西邻沈阳,北邻延吉,东面与朝鲜民主主义人民共和国毗邻。
2地理坐标介于北纬 41?41,′42?25,′东经 127?42,128?16。′总面积为 19.65 万 hm,其中核心区面积
22212.83 万 hm,缓冲区 2 万 hm,实验区 4.8 万 hm。长白山风景区属温带大陆性山地气候,年平均 气温 10.2 ?,年降水量 为500,800 mm。景区内植被资源丰富,森林覆盖率 87.4高达%,物种多样 性较高,植被的分布即随着海拔高度的增加,依次为低山针阔叶混交林带(红松、云杉)、山地暗 针叶林带、亚高山地岳桦林带及高山地苔原带(牛皮杜鹃、苞叶杜鹃及各种4苔 个藓分布地衣带。)
收稿日期: 2013-05-10 修回日期: 2013-05-25
作者简介: 李 茜(1981-),女,湖北洪湖县人,工程硕士,讲师.主要从事景观设计、建筑设计方向研究. E-mail:403893570@qq.com
数字有优先出版:2015-01-12 http://www.cnki.net
第 1 期 李 茜:旅游干扰对长白山景区土壤性质和植被群落的影响 ?75?
土壤类型由低到高依次为暗棕壤、白浆土、棕色土、草甸土。
长白山风景区 自20 世纪 70 年代开始发展旅游,经过数十年的发展,如今游客数量不断增加, 旅游总体收入持续攀升200,6 年接待游客量为 124.7 万人,收入 4.25 亿元,2012 年游客量达到 301.3 万人,收入为 25.63 亿元(见表 1)。
图 1 不同年份长白山景区的接待人数与收入
Fig.1 Situation of different years of the tourist reception and revenue in Changbai Mountain Scenic Area 2 研究方法
2.1 调查方法
本试验于2012年8月采用样方分析法,对长白山主要景区内的植被群落和土壤进行了调查,由于 长白山旅游路线较多,从北坡、南坡及西坡皆可上山浏览,但是传统长白山旅游路线是从北坡开始, 因为长白山北坡旅游开发较早,自然风光较好,旅游设施也相对完善,因此我们的调查路线选择了 北坡具有代表性谷底森林—岳桦林带—高山苔原带—黑风口。在每个景区人流密集地的游览步
2道一 侧设置1个样地,样地面积7为5 m,每个样地划出3个5 m×5 m的小样方,每个样方距离步道分别是
0 m、5 m、10 m,用进景区、中景区和远景区表示,共4块样地,12个样方。统计每个样方中乔木层 的冠幅、平均胸径及高度,灌木层、草本层的平均高度、覆盖度等指标,土壤调查按照5点取样法, 在每个小样方中0取,10 cm土层土样并装入取样袋中。
2.2 分析方法
2.2.1 植被群落分析 旅游干扰会使植物的高度、盖度及物种组成发生变化,而不同植物群落如:乔 木层、灌木层、草本层对干扰的反应也有所差异。对乔木层分析主要采取平均高度、平均胸径及盖 度等指标;灌木层采取平均高度和盖度等指标;草本层采取平均高度及物种数等指标。
[12]2.2.2 土壤理化性质分析 土壤理化性质分析参照鲁如坤等方法进行,测定各样地每个样方中的有 机质含量、PH值、土壤含水量、全氮、速效磷及速效钾等指标。有机质含量采用重铬酸钾法进行测 定;PH值采用UB-10酸碱浓度测定仪测定;土壤含水量利用烘干法测定;全氮采用半微量凯氏法测 定;全磷采用硫酸一高氯酸消煮法测定;全钾采用火焰光度计法进行测定。 2.3 统计分析
各项指标均用DPS7.05软件进行显著性差异检验(新复极差法),并通过多重比较分析不同距离 不同干扰强度下,每个样方中土壤和植被的变化情况。
3 结果与分析
3.1 旅游干扰对景区植物群落的影响
3.1.1 旅游干扰对各样方内乔木层的影响 经过调查分析,旅游干扰对各样方内乔木层的平均高度、 平均胸径及冠幅等指标没有显著影响,但对乔木下层幼苗数量影响较大(见图1),主要表现在进景 区内的幼苗数最少,与中景区和远景区样方内的幼苗数差异显著,而距离游15 m外的远径景区基本 没有受到旅游的干扰,幼苗数较多。游径边缘的进景区由于人为活动较为频繁,受干扰的强度增加, 因此幼苗数有所减少。
3.1.2 旅游干扰对各样方内灌木层的影响 旅游干扰主要对灌木层的盖度产生一定的影响(如图2), 随着游径距离的增加,盖度也呈增高趋势,其中样地1,3中进景区和中景区的盖度没有显著性差异,
山东农业大学学报(自然科学版) 第 46 卷 ?76?
但与远景区差异明显,而样地4中进景区和中景区、远景区盖度差异显著,可能是由于中景区样方内 存在屏障,游客量较少造成的。综合分析表明:游径附近的进景区盖度受影响最大,主要原因可能 来自于游客的采折和环境条件的变化引起的。
3.1.3 旅游干扰对各样方内草本层的影响 由图3可以看出,随着活动游径距离的增加,草本层的高度 也逐渐增高,其中中景区和远景区的草本层高度差异不显著,但与进景区样方内的草本层高度差异 较大,这也说明进景区游客活动强度大,对草本层植物踩踏程度比较严重,从而降低了植物的高度。 而中远景区因为受到人为踩踏程度较轻而保持正常生长的高度。
图 1 旅游干扰对乔木层幼苗数量的影响 图 2 旅游干扰对灌木层盖度的影响 图 3 旅游干扰对草本层高度的影响
Fig.3 Impact of tourism disturbance on Fig.1 Impact of tourism disturbance on Fig.2 Impact of tourism disturbance on seedling of tree layer the cover of shrub layer the plant height in the herb layer 3.2 旅游干扰对景区土壤理化性质的影响
3.2.1 旅游干扰对各样方内土壤物理性质的影响 旅游干扰对土壤物理性质影响主要表现在土壤容 重、土壤含水量及土壤PH值等方面,由表1可以看出,随着游径距离的增加,土壤容重和土壤PH值 呈降低趋势,土壤含水量呈增高趋势,游径附近的进景区表土层受到人为干扰程度较重,土
3壤容重 及PH值均最高,分别为1.3 g/cm、6.1。而进景区的土壤含水量则明显降低,为3.46%,可能因为土 层长期受到踩踏使土壤压实严重,透气性和吸水性下降,从而导致含水量降低。
表1 旅游干扰对黑风口内各样方土壤物理性质的影响 Table 1 Impacto ft ourismd isturbance int he quadrats physicalp ropertieso fs oil in Hefiengkou
3样方 土壤容重(g/cm) 土壤含水量(%) 土壤PH 值 Sample Soilb ulkd ensities Soilw ater contents Valueo fP H
进景区 1.3?0.072Aa 3.46?1.272 Cc 6.1?1.542 Aa
0.8?0.046Bb 58.41?6.48 Bb 5.7?1.342 Bb 中景区
0.3?0.012Cc 73.23?9.524 Aa 5.2?0.964 Cc 远景区
注: 不同大小写字母表示各处 5%理和在 1%下的显著水平。
Note: Different capital and small letters mean significant among treatment at the 5% and 1% levels,respectively. The same as following table( 3.2.2 旅游干扰对各样方内土壤化学性质的影响 旅游干扰对土壤化学性质影响主要表现在有机质含 量、全氮、全磷、全钾等方面,由表2可以看出,进景区和中景区样方内的土壤有机质含量没有显著 性差异,但与远景区差异明显,而随着游径距离的增加,样方内全氮、全磷水平逐渐增高,而全钾 水平则明显降低。这表明,由于旅游干扰迫坏了地表腐殖质,从而使土壤有机质及含氮含磷量下降, 但全钾含量增高可能因为长期踩踏使土壤压实,降低了钾的淋失量。
表 2 旅游干扰对黑风口内各样方土壤化学性质的影响 Table 2 Impacto ft ourismd isturbance int he quadrats chemicalp ropertieso fs oil in Hefiengkou
样方 有机质含量(%) 全氮(%) 全磷(%) 全钾(%)
Sample Organic content Percentage of total N Percentage of total P Percentage of total K
进景区 7.34?1.45 Bb 0.23?0.027 Cc 0.86?0.36 Cc 2.56?2.71 Aa
7.79?1.98 Bb 0.31?0.045 Bb 1.32?0.42 Bb 2.12?2.25 Bb 中景区
10.28?2.34 Aa 0.67?0.082Aa 1.98?0.78 Aa 1.84?0.83 Cc 远景区
注: 不同大小写字母表示各处 5%理和在 1%下的显著水平。
Note: Different capital and small letters mean significant among treatment at the 5% and 1% levels, respectively. The same as following table( 4 结论与讨论
不同层次的植物群落对旅游干扰反应敏感性存在一定差异,从已有研究结果来看,旅游干扰对
第 1 期 李 茜:旅游干扰对长白山景区土壤性质和植被群落的影响 ?77?
[9] 乔木层的影响主要来自更新层,对乔木层高度、胸径等指标影。响本较研小究结果表明,旅游干[13]扰主要影响乔木层下层的幼苗数,游径附近进景区内的幼苗数较少,这与高彻等研究结果是一致 [14]的。灌木层对旅游干扰较为敏感而恢复能力较差,刘鸿雁等研究结果表明,旅游干扰对灌木层中 盖度影响是最大的,这与本研究结果相同。而程占红在对芦芽山自然保护区旅游开发与植被环境的
[15]关系研究中指出,灌木层受到过度迫害后难以进行恢复再生。一些研究结果表明,旅游干扰可以 [16,17]明显降低草本层的高度。本研究结果认为旅游干扰主要影响游径附近进景区草本层的高度,对 中景区和远景区的草本层高度没有显著性影响,此外对草本层盖度及物种多样性的影响还有待进一 步考证。
旅游干扰会使土壤理化性质发生改变,一些研究结果表明,土壤 PH 容值重受和干扰强度的增 加而上升,而也有研究认为旅游干扰降低了土壤容重和 PH。但从本研究结果看,旅游干扰下,进景
[18]区土壤容重和 PH 明显增高,此外,旅游干扰降低了土壤含水量。管东升等研究发现,旅游干扰 对土壤化学性质影响主要是土壤有机质、全氮、全磷及全钾肥。陆林等研究结果显示,距离游径附
[11]近 0 m 处的土层有机质含量较低,而有机质下降必然导致全氮全磷水平降低。本调查发现,旅游 干扰对长白山景区内的土壤化学养分有一定的影响,随着干扰强度增加,土壤全氮、全磷呈逐渐降 低趋势,而全钾含量则呈递增趋势,与上述研究结果相同,此外对于三种元素的互相干扰效应还有 待进一步研究。
从本次调查研究发现,长白山景区生态环境的影响主要是过度开发和人为频繁活动造成的,因 此,要适当控制旅游开发的力度,探索生态管理技术和方法,以保护景区内的生态因子平衡利用。 参考文献
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范文五:长白山高山苔原季节性雪斑土壤呼吸对温度响应 的模拟研究
植物生态学报 2010, 34 (5): 477–487 doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.05.001
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收稿日期 Received: 2009-05-14 接受日期 Accepted: 2009-09-12 * E-mail: liuqijing@gmail.com
长白山高山苔原季节性雪斑土壤呼吸对温度响应 的模拟研究
刘琪 璟 1* 张国春 1 徐倩倩 1 王义东 2 王辉民 2
1
北京林业大学林学院 , 北京 100083; 2
中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室千烟洲生态站 , 北京 100101
摘 要 利用 LI-8100土壤呼吸测定系统 , 在室内控制温度条件下测定了长白山高山苔原季节性雪斑大白花地榆 (Sanguisorba sitchensis (=S. stipulata)) 群落土壤呼吸对温度的响应过程 , 并根据野外连续测定的全年温度 , 估算了雪斑群落土壤呼吸的季 节变化 , 同时模拟气温升高对土壤呼吸的影响。雪斑土壤温度全年大部分时间维持在 0 ℃ 以上 , 极端温度变动幅度不超过 20 ℃ 。模拟计算了 10 cm深土壤的呼吸强度 , 海拔 2 036 m处为 307.1 g C·m–2·a–1, 海拔 2 260 m处的呼吸量为 270.9 g C·m–2·a–1。由 于积雪时间长 , 冬季呼吸占很大比例 , 而且随着海拔的升高比例加大。 从海拔 2 036 m到 2 260 m, 积雪期土壤呼吸分别占全年 的 42.5% (125.4 g C·m–2·a–1) 和 49.7% (128.7 g C·m–2·a–1) 。
模拟气温升高 1 ℃ 并假设积雪时间减少 20天 , 冬天的呼吸量减少 8%左 右 , 但全年总呼吸量增加 8%左右。升温后 , 平均增加的呼吸量为 0.25 g C·kg–1·a–1 (或 22.65 g C·m–2·a–1), 冬季呼吸量减少 0.118 g C·kg–1·season–1 (或 10.81 g C·m–2·season–1) 。
关键词 高山苔原 , 大白花地榆 , 雪斑 , 土壤温度 , 土壤呼吸
Simulation of soil respiration in response to temperature under snowpacks in the Changbai Mountain, China
LIU Qi-Jing1*, ZHANG Guo-Chun1, XU Qian-Qian1, WANG Yi-Dong2, and WANG Hui-Min2
1
Department of Forest Sciences, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; and 2Qianyanzhou Ecological Station, Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
Abstract
Aims The objective was to investigate the respiration rate of snowpack soil in relation to temperature in the al-pine tundra community of Sanguisorba sitchensis (= S. stipulata) in the Changbai Mountain, northeastern China. Methods Soil respiration under different temperatures was measured with an LI-8100 automated CO2 flux sys-tem in the laboratory, and annual respiration was estimated based on current and presumed temperature scenarios. Important findings Soil temperature under snowpack most of the year was around or over 0 °C, and the varia-tion was less than 20 °C. Estimated respiration rates within 10 cm depth were 307.1 g C·m–2·a–1 at 2 036 m eleva-tion and 270.9 g C·m–2·a–1 at 2 260 m. Because the snow cover was present for a long period, the length of which increased with elevation, winter respiration accounted for 42.5% at 2 036 m and 49.7% at 2 260 m. Under the sce-nario that the snow period decreases if annual temperature rises 1 °C, annual respiration would increase by 8% or 0.25 g C·kg–1·a–1 (22.65 g C·m–2·a–1), but winter respiration would decrease by 0.118 g C·kg–1·a–1 (10.81 g C·m–2·a–1).
Key words alpine tundra, Sanguisorba sitchensis (= S. stipulata), snowpack, soil temperature, soil respiration
地球上的苔原 (冻原 ) 主要分布在北极 (平地苔 原为主 ), 北半球的一些高山也有苔原。 苔原碳储量 占全球土壤碳库的 14% (Post et al., 1982)。 由于高寒 地带对全球变化反应更为敏感 , 苔原生态系统的物 质代谢过程特别是碳循环特征受到学术界关注。
苔原的气候特点是寒冷 , 所以通常认为苔原的
生命活动比较微弱 , 特别是冬季。但是有大量研究 证明 , 苔原生态系统的生命活动即使在极端寒冷的 冬 季 也 没 有 停 止 (Panikov et al., 2006; 王 娓 等 , 2007), 几乎全年保持较旺盛的状态 , 特别是碳代谢 (Zimov et al., 1993; Zimov et al., 1996)。例如 , 北极 苔原整个冬季都有呼吸 , 呼吸量为 20–70 g C·m–2,
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全年净呼吸量 25–112 g C·m–2, 其中冬季开始 (晚秋 或初冬 ) 和结束 (冬末或初春 ) 时 , 由于土壤温度处于 冻融交替状态 , 呼吸速率很高 (Oechel et al., 1997)。 低温条件下的土壤呼吸反映了土壤微生物对极端 环境的抵抗能力 , 也取决于微生物群落结构 (Ne- mergut et al., 2005)。在较低温度条件下 , 土壤微生 物利用的有机物有所不同。比如 , 温度低于 2 ℃ 时 微生物呼吸以微生物生物量及产品为主 , 超过 2 ℃ 则以植物碎屑为主 (Schimel & Mikan, 2005), 前者 有更高的氮素含量。
关于苔原的碳动态特征在北极开展的研究较 多 , 其中苔原究竟是碳源还是碳汇 , 结果不一致。 有人认为是汇 , 大约为 19.4 g C·m–2·a–1 (Kutzbach, 2007), 有 的 研 究 认 为 是 源 (Fahnestock et al., 1999), 因为全年的净呼吸可达 25–112 g C·m–2·a–1。 也有研究表明基本处于平衡状态或微弱碳汇 , 为 10.2 g C·m–2·a–1 (Zamolodchikov et al., 2003) 。尽管关 于苔原的碳汇 /碳源的结论有所差异 , 但所有的研 究都证明 , 苔原在冬季也有着旺盛的呼吸作用 , 整 个冬季的呼吸量可达 20–70 g C·m–2 (Oechel et al., 1997) 。 例如北极阿拉斯加苔原冬季 CO 2释放量可高 达 111–189 g C·m–2 (Grogan & Lii, 1999)。北极高山 苔原的呼吸量可达 103–176 g C·m–2, 其中冬半年占 全年呼吸量的 14%–30% (Elberling, 2007)。 平地苔原 测定的结果也相似 , 冬季呼吸量达 60–120 g C·m–2 (Schimel et al., 2006)。
苔原的生态多样性之一是具有季节性雪斑。雪 斑是风搬运的结果 , 不仅改变了局部的热量和水分 条件 , 而且有大量的有机物 (枯枝落叶 ) 输入 , 所输 入的有机物及含有的氮素均可达周围地段的 30倍 左右 (Fahnestock et al., 2000)。这种特殊的物质循环 过程决定了其群落结构与周围截然不同 , 包括种类 组成和生产力。很多研究都显示 , 苔原生态系统在 冻融交替时期微生物活动旺盛 , 表现为很高的呼吸 强度 (Oechel, 1997; Grogan et al., 2004)。 位于积雪下 面的土壤温度基本处于 0 ℃ 上下 (亚零度 ), 其呼吸 作用一直很活跃。 有报道 , 北极苔原雪斑在长达 240天的非生长季节土壤呼吸为 0.5–26.5 g C·m–2, 其中 冬季平均呼吸量为 12.3 g C·m–2。 在这样的冷凉潮湿 环境中 , 冬季不仅有很高的呼吸量 , 雪斑下面的 CO 2浓度也始终高于大气中的浓度 (Fahnestock et al ., 1999)。苔原雪斑土壤在初冬和初春冻融交替阶
段 , 最 大 呼 吸 强 度 可 达 6 mg C·m–2·h–1 (22 mg CO 2·m–2·h–1) (Jones et al., 1999)。这也说明了雪斑对 气候变化的敏感性。
关于高山苔原包括雪斑群落生态过程的报道 很少。长白山高山苔原是我国唯一的高山苔原 , 也 是欧亚大陆最典型的高山苔原。季节性雪斑是决定 高山苔原生态多样性的重要因素之一。 在沟谷地段 , 积雪时间很长 , 形成了独特的群落格局 , 优势种为 大白花地榆 (Sanguisorba sitchensis = S. stipulata), 还有小叶章 (Calamagrostis angustifolia) 、长白乌头 (Aconitum tschangbaischanense) 、高山红景天 (Rho- diola sachalinensis) 等。 这类群落的生长季节比较短 , 但是非常茂密 , 高度也明显高于周围群落类型。这 表明雪斑群落有着独特的养分与能量动态过程。长 白山高山苔原自从 1959年被发现以来 , 曾经开展的 研究主要包括植物群落与区系 (黄锡畴 , 1999; Wada et al., 2006)、群落生产力 (魏晶等 , 2004a)、物质循 环 (刘景双 , 1993; 魏晶等 , 2004b; Wang et al., 2007)等。由于高山野外工作有诸多困难 , 关于土壤呼吸 的研究是根据通用模型计算的 (孙轶等 , 2005), 其可 靠性需要通过实验加以验证。
为了阐明土壤呼吸同环境因子的关系 , 一般需 要在野外条件下进行测定。但是更多的研究是在实 验室模拟环境条件进行的。以往的研究基本都是在 较高温度条件下开展模拟试验 , 因为低温条件下的 土壤呼吸很弱通常被忽略。然而 , 如上所述 , 高山 带或北极苔原 , 土壤在寒冷条件下也有明显的呼吸 (Grogen et al., 2004), 模拟低温条件下的土壤呼吸 对于揭示苔原生态系统的生态功能具有重要意义。 为了说明高山带雪斑的生态功能 , 特别是这种特殊 群落对高山苔原碳循环的贡献 , 本研究通过野外观 测和室内模拟试验 , 揭示雪斑群落中土壤呼吸同温 度条件的关系 , 并模拟气温升高对雪斑土壤呼吸的 影响。
1 试验地概况及研究方法
1.1 试验地概况
长白山高山苔原的主要群落类型为高山笃斯 越桔 (Vaccinium uliginosum var. alpinum) 群落。根据 笔者多年调查 , 整个苔原的维管植物种类大约有 130种。 常见的种类除了高山笃斯越桔外 , 还有毛毡 杜鹃 (Rhododendron confertissimum) 、苞叶杜鹃 (Rh .
刘琪璟等 : 长白山高山苔原季节性雪斑土壤呼吸对温度响应的模拟研究 479
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redowskianum ) 、宽叶仙女木 (Dryas octopetala var. assiatica ) 、冻原薹草 (Carex siroumensis) 、细柄茅 (Ptilagrostis mongholica) 、 高山黄花茅 (Anthoxanthum nipponicum ) 、牛皮杜鹃 (Rh . aureum) 等 (Wada et al., 2006) 。群落高度通常在 10 cm左右 , 苔藓层充分发 育 , 盖度可达 90%以上。在沟谷地段 , 有季节性雪 斑 , 群落独特 , 无论种类组成还是外貌 , 都与周围 有明显的区别 , 其中优势种为大白花地榆 , 此外有 小叶章等 , 高度可达 30 cm以上。
苔原的土壤类型为苔原土 , 土层通常比较薄 , 一般不超过 20 cm, 火山岩母质。在沟谷地段 , 土层 比较深厚 , 可超过 20 cm。
长白山苔原的气候特点是严寒、 高湿、 风大 , 常 年气温较低 , 冬季严寒漫长 , 春季寒冷 , 夏季凉温 而短促 , 没有真正的夏天。据天池气象站观测结果 (1958–1988年 , 海拔 2 623 m), 苔原的年平均气温 为 –7.3 °C, 最热月 7月平均温度为 8.5 °C。全年湿度 大 , 云多雾大 , 雾天和大风天都在 260天以上。年降 水量 1 372.6 mm, 降水季节分配不均 , 多集中在夏 季 , 其中 7月份降水量最大 , 为 359 mm。
研究地点位于长白山北坡高山苔原带 , 样点有 2处 , 分别位于 2 260 m (128?04′ 06′′ E, 42?02′ 27′′ N) 和 2 036 m (128?04′ 10′′ E, 42?02′ 56′′ N), 群落类型为 大白花地榆群落 , 组成单纯 , 其他种类数量极少。 由于小地形的差异 , 海拔 2 260 m处的积雪厚度为 2–3 m, 海拔 2 036 m处的积雪厚度超过 4 m。 群落的 周围可见小叶章、高山红景天、长白乌头、松毛翠 (Phyllodoce caerulea) 、牛皮杜鹃等。大白花地榆群 落沿沟谷两侧呈带状分布 , 宽度一般不超过 10 m。 在背风坡的积雪地段 , 群落成斑块状分布 , 一般直 径不超过 10 m。大白花地榆群落的高度在 30 cm左 右 , 盖度一般高达 95%以上。
大白花地榆为蔷薇科多年生草本植物 , 分布于 高海拔地带雪斑 , 分布区为中国吉林和辽宁、俄罗 斯、朝鲜、日本和北美。株高 20–40 cm。喜冷凉潮 湿条件。 在长白山主要分布在海拔 1 700 m以上的高 山苔原带和岳桦 (Betula ermanii) 林带。 1.2 野外取样与测定方法 1. 2. 1 土壤样品采集
试验开始于 2006年 , 从春季到秋季即 5–10月 份 , 每隔 30–40天采集 1次 , 随机布点 , 其中 2007年 和 2008年各采集土样 4次。在群落内随机布点采集
土壤表层 10 cm以内的土壤 , 不包括半分解层。 除了 采集扰动土外 , 还取了一定量的原状土 , 用内径为 5.4 cm、 高度 6–8 cm的 PVC 管 , 垂直于坡面采集 , 尽 量避开植物根系。采集下来的样品在当地暂时放在 冰箱于 –20 ℃ 冷冻保存 , 之后运到北京放入 –40 ℃ 低温冰箱保存。 运输过程中样品放在泡沫箱内密封 , 最大限度防止解冻 , 尽量减少冻融次数。运输时间 24 h。本研究使用了 2007和 2008年采集的部分样品 进行测定。 土壤容重 (=0.92 g·cm–3) 利用环刀法测定。 土壤含水率测定采用 105 ℃ 烘干至恒重。 1.2.2 土壤温度与湿度测定
在样地内的土壤表层 5 cm埋设土壤温度计 , 产 品为 Onset 公司的 TidBit StowAway (USA), 设定的 记录频度为 1 h间隔 , 同时在海拔 2 260 m处还观测 了气温 , 但由于风大 , 气象站仪器受到损坏 , 气温 只观测了一年。根据土壤温度变化过程分析雪斑的 热量条件 , 以及积雪的时间长度 , 作为判断生长季 节的参考。在温度计附近设置 FDS-100土壤湿度计 (清胜电子科技 , 邯郸 ), 记录频度和温度计同步。 1.2.3 土样处理
把采集的扰动土在新鲜 状态下 过筛 (孔径 2 mm), 清除大的石砾和植物根系。样地表层土壤质 地呈砂壤质 , 质地均匀 , 几乎没有石砾 , 所以在计 算呼吸量时没有进行校正。原状土保持结构为非扰 动状态。根据野外土壤含水率观测结果 , 苔原土壤 含水率全年比较高 , 一般在 40%以上。本文所用的 含水率除特殊说明外 , 均为质量含水率。为便于比 较 , 在室内将土壤含水率调整到 50%。同时为了尽 量保持和野外土壤状态的一致性 , 根据容重模拟自 然土壤的紧实度将土样 (242 g左右 ) 装入容器。土壤 水分调整方法 : 对于含水率尚未达到设定值的样 品 , 加入所需水量 (去离子水 ), 拌匀。 对于超过设定 含水率的样品 , 在室内条件下自然干燥 , 直到达到 设定的重量 (多数样品在 24 h内达到要求 ) 。 每个处理 (季节 ) 为 3个样品 (重复 ) 。原状土在不改变结构的情 况下调整湿度。
扰动土经过湿度调整后装入容器待测。盛装样 品的容器为内径 5.9 cm、 高 6.9 cm的塑料瓶 , 根据土 壤容重确定装入土样的量。 在侧壁中间扎一个小孔 , 用于放置温度计传感器。为防止漏气 , 在小孔周围 用橡皮泥封堵。对于 PVC 管 , 将底部用保鲜膜封住 , 中间穿一个小孔 , 将温度计探头放入 , 再用透明胶
480 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2010, 34 (5): 477–487
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布封堵。 温度传感器放在土样的中心 , 为 Onset 公司 的产品 HOBO-V2 (USA), 设定的观测频度为 1 min间隔。 1.2.4 呼吸测定
由于野外工作条件的限制 , 本研究的土壤呼吸 全部在室内控制温度的条件下测定。测定土壤呼吸 使用的仪器为 LI-8100测定系统。 样品容器和仪器的 接口直径不一致 , 需要调整。利用内径为 10.4 cm的 PVC 管 , 截取高度 2 cm。将两端接口处用砂纸磨平 , 再用白乳胶将其粘贴在一块有机玻璃板上 , 板的厚 度为 1 cm, 在其中间加工一个口径和土样盛装容器 口径相吻合的孔 , 使二者之间能够严密对接。仪器 接口 (气室 ) 断面积为 84.91 cm2, 盛装样品的塑料瓶 和 PVC 管的内径面积分别为 27.33和 24.62 cm2。
土壤呼吸测定时间长度为 2 min, 其中前 30 s的 数据舍去。为了探索极端低温条件下的呼吸作用 , 在低温冰箱内测定。仪器能够达到的最低温度为 –45 ℃ 左右 (有时接近 –50 ℃ ) 。 上限温度设定在 20 ℃ 左右。呼吸测定时间为 2008年 11月中旬 , 室温为 12–15 ℃ 。首先在冰箱内对冷冻状态的土壤样品进 行测定 , 然后逐渐向箱外移动。由于融化需要大量 的融解热 , 在 0 ℃ 附近持续的时间很长 , 可达 1–2 h 。为了加快升温 , 此时对样品进行强制升温处理 : 将样品放入 40 ℃ 左右的恒温恒湿培养箱中加热 2 min 左右 , 取出后稍微冷却即开始测定。 每个样品在 整个温度区间测定 20次以上。 1.2.5 土壤化学分析
对用于测定呼吸的样品还测定了有机质、全氮 以及速效氮。其中有机质测定使用稀释热法 , 全氮 测定用凯氏定氮法 , 速效氮测定使用碱解扩散法。 为了减少速效氮的挥发 , 测定过程中使用鲜土样 , 尽量减少在常温空气中的暴露时间。 1.2.6 温度升高模拟
假设温度升高 1 ℃ , 同时积雪时间缩短 20天 (但 有的研究认为气候变暖会增加积雪量 ), 即提前 10天融化 , 延迟 10天积雪。
由于雪斑下面的温度接近恒 温 , 只有在积雪完全融化后才开始升温 , 所以仅对无 雪期进行升温模拟。 分别将无雪期前后 15天的日平均 温度数值复制后向前后平移 10天 , 即非积雪期向前后 各延长 10天。这相当于对雪斑下土壤进行升温模拟。 这样平移是为了保持积雪融化后以及开始积雪之前 土壤温度的渐变过程符合实际。 将中间的无雪期的数
值全部增加 1 ℃ 。根据建立的呼吸—温度响应方程 (y=a? e (bt)) 估计温度升高后土壤呼吸的变化。 1.2.7 生产力测定
为了分析群落的碳收支平衡关系 , 需要测定群 落的年生长量。于 2008年 7–8月 , 在海拔 2 036 m处 随机选取 5个样方 , 面积 0.5 m × 0.5 m, 记录株数和 高度。分不同高度各取 10株以上测定单株干重。最 后根据群落密度计算单位面积的生物量。大白花地 榆为多年生草本植物 , 地上部分均为当年生长 , 故 可近似看作群落生产力。 1.2.8 数据处理
采用统计软件 SPSS13进行土壤呼吸速率和温 度之间关系的回归分析 , 并根据野外观测的温度数 据计算全年呼吸量及季节变化特征 , 同时模拟气温 升高对雪斑积雪时间以及呼吸量的影响。根据测定 结果拟合呼吸—温度相应方程 , 对原状土、 扰动土、 不同时期的样品分别拟合、混合拟合 , 建立一系列 回归方程。利用土壤温度观测数据估计土壤呼吸的 季节变化以及年呼吸量。
土壤呼吸的温度敏感性指标用比较常用的 Q 10值表示 , 即温度 (t ) 升高 10 ℃ 时的呼吸强度 (y (t+10) ) 和 升温前的呼吸强度 (y t ) 的比值 , 表达式为 Q 10=y(t+10) / y t =e10b , 式中 b 为系数。
由于样品多数为扰动土 , 需要进行若干次换 算。根据测定容器内样品面积 (容器开口面积 ) 、仪 器接口断面积以及样品重量 , 把单位由单位面积呼 吸量 (μmol·m–2) 换算为单位干土重 (kg)呼吸量。 再根 据土壤容重估算野外一定深度土壤单位面积的呼 吸量。涉及到的时间单位包括 s 、 h 、 d 、 a, 呼吸量 及比较基数有单位重量土壤的呼吸量 (μmol·kg–1), 单位面积土壤呼吸量 (μmol·m–2、 g·m–2) 等。
2 结果
2.1 雪斑群落的温度条件
积雪较厚的土壤温度呈恒温状态 , 为 0.16 ℃ (仪器分辨率 0.2 ℃ ) 。 海拔 2 036 m处 , 日平均温度最 低与最高分别为 –1.3 ℃ 和 16.0 ℃ 。把低于 0.9 ℃ 全 部视为积雪 (其中 0.2–0.9 ℃ 的时间仅有 7天左右 ), 积雪日数长达 236天 , 说明积雪比较深。海拔 2 260 m 处的日平均温度变动范围为 –2.0–15.8 ℃ , 积雪时 间长达 258天。试验地的 2个样点土壤温度达到 1 ℃ 以上的时间均在 130日以下。全年积雪冰冻时间占
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图 1 雪斑大白花地榆群落土壤温度的季节变化。
Fig. 1 Seasonal variation of soil temperature in snowpack with community dominated by Sanguisorba sitchensis.
2/3以上。 2 036 m处的生长期间为 6月 3日 –10月 9日 (日平均温度 > 1 ℃ ) (2007年 7月 –2008年 6月 ) 。海拔 2 260 m处生长期为 6月 23日 –10月 7日 (2007年 ) 。融 雪后的温度上升迅速 , 5–10天达到或接近最大值。 秋天积雪开始前的温度降低过程也呈相似的特征。 月平均温度在 7–8月份最高 , 为 12–13 ℃ (图 1) 。 日平 均温度≤ –1 ℃ 日数 , 海拔 2 036 m处为 31天 , 而 2 260 m处则为 126天。 差异如此之大是因为 2个样点 除了海拔不同 , 小地形也不同 , 位于下方的样点处
表 1 雪斑大白花地榆群落土壤温度特征
Table 1 Soil thermal condition in Sanguisorba sitchensis community in snowpack
于较深的沟谷内 , 积雪很厚 , 所以寒冷日数很短。
虽然处于高海拔 , 但是寒冷指数却为 0, 而温 暖指数可达 17 ·℃ 月以上。说明积雪对温度的调节 作用非常明显。日平均温度变化幅度很小 , 在 18 ℃ 以内。极端温差小于 25 ℃ (表 1) 。 2.2 雪斑土壤的养分条件
土壤表层和下面的颜色比较接近 , 棕色 , 砂壤 质 。 土 壤 速 效 氮 为 289–447 mg·kg–1, 全 氮 含 量 0.19%–4.66%, 有机质 4.4%–10.3% (表 2) 。本研究对 其他群落类型的土壤也作了对比分析 , 有机质含量 多在 10%以上 , 大白花地榆群落的土壤有机质含量 虽然较高 , 但明显低于其他群落。说明漫长的冬季 并没有使雪斑下面的枯枝落叶停止分解和矿化。雪 斑下面不仅温度适宜 , 充足的水分也是养分循环加 速的重要因素。
根据土壤容重换算 , 有机碳含量为 38 kg·m–3。 如果仅考虑 10 cm厚的土壤 , 土壤碳储量为 38 × 103 kg·hm–2。
表 2 雪斑大白花地榆群落土壤养分及有机质
Table 2 Soil organic matter and nutrients in Sanguisorba sitchensis community in snowpack
项目 Items
海拔 2 036 m Alt. 2 036 m 海拔 2 260 m
Alt. 2 260 m
年平均温度
Annual mean temperature (℃ ) 日平均最高温度
Daily temperature max (℃ ) 16.0 15.8 日平均最低温度
Daily temperature min (℃ ) –1.3 –2.0 日极端最高温度
Extreme temperature max (℃ ) 19.0 22.1 日极端最低温度
Extreme temperature min (℃ ) –1.3 –2.1 生物学积温
Bio-cumulated temperature (℃ ) 1 447.0 1 068.9 温暖指数
Warmth index (℃ ·month) 25.0
17.2
寒冷指数
Coldness index (℃ ·month) 0 0
平均温度≥ 1 ℃ 日数 Days of temperature ≥ 11 ℃ 129 107
平均温度≤ –1 ℃ 日数 Day of temperature ≤ –1 ℃ 31 126 平均温度 ± 0.9 ℃天数 Days of ± 0.9 ℃
205 132 平均温度≤ 0 ℃天数 Days of temperature ≤ 0 ℃
90 256
编号 Code 采样时期 Sampling
time 全氮 Total N (%) 速效氮
Available N (mg·kg–1) 有机质 Organic matter (%)有机碳 Organic C (%) 1 2007-06-26
0.466 447.3 10.256 5.949 2 2008-10-16
0.193 291.9 4.429 2.569 3 2007-10-16
0.291
288.3
5.988 3.473 14 2007-08-300.299 289.0
6.506 3.774 15 2008-08-220.374 –
8.463
4.909
平均 Mean0.325 329.1
7.128 4.135
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表 3 不同季节土壤呼吸 (μmol·kg–1·h–1) 的温度响应方程 (y=a?e (bt)) 参数
Table 3 Parameters for response equations (y=a?e (bt)) of soil respiration (μmol·kg–1·h–1) in different seasons
编号 Code a b r Q 10
采样时间
Sampling time
处理
Treatment
–1 ℃ 时的呼吸 Respiration at –1 ℃ –2 ℃ 时的呼吸 Respiration at –2 ℃ 扰动土 Disturbed 2 14.797 0.088 15 0.89 2.4146 2008-10-16 扰动土 Disturbed 13.548
12.405
3 17.861 0.075 93 0.90 2.1367 2007-10-16 扰动土 Disturbed 15.345 18 31.588 0.064 35 0.98 1.9031 2007-08-30 扰动土 Disturbed 27.773 14 23.371 0.072 01 0.87 2.0547 2008-07-03 原状 Intact 21.747 20.236 15 16.719 0.081 75 0.83 2.2650 2008-08-21 原状 Intact 15.407
14.197
1+2+3+18 22.440 0.075 58 0.88 2.1293 – 扰动土 Disturbed 20.807 24.202 14+15 18.284 0.080 38 0.85 2.2340 – 原状 Intact 16.872 16.555 综合 All
21.207 0.077 15 0.87 2.1630 –
综合 All
19.632 29.619
回归显著性检验均为极显著 (p < 0.01)="" 。本研究土壤的容重为="" 0.92="" g·cm,="">
Regression was very significant by significance test (p < 0.01).="" soil="" bulk="" density="" was="" 0.92="" g·cm–3,="" and="" the="" bulk="" respiration="" can="" be="" converted="">
2.3 雪斑土壤呼吸强度及其与温度的关系
温度响应方程的系数 a (0 ℃ 时的呼吸强度 ) 在 14.8–31.6 μmol·kg–1·h–1之间 , 平均 20.36 μmol·kg–1· h –1。 在 –2 ℃ 时的呼吸强度也均在 12 μmol·kg–1·h–1以 上 (表 3) 。 试验过程中 , 在 –30 ℃ 时仍能检测出呼吸。 实际上 , 观测的雪斑土壤温度整个冬季都在 –2 ℃ 以上 , 表明雪斑土壤在冬季一直维持着较强的呼吸 作用。
土壤呼吸的温度敏感性 Q 10值为 1.9–3.1, 平均 为 2.24。这同一般为 2.0的结论比较一致。
不同季节采集的土壤拟合的参数没有呈现明 显的变化规律 , 说明室内控制温度的条件下 , 土壤 呼吸的温度敏感性与土壤类型有关 , 而不受采样时 间的影响。 扰动土和原状土的呼吸强度也基本一致 , 原状土略低。
为了降低因使用单一时期样品或试验处理所 建立的方程估计结果的不确定性 , 也为了计算上的 方便 , 把不同季节的扰动土和原状土分别进行拟 合。扰动土拟合的参数为 (a = 22.44, b = 0.075 579, r = 0.88, p < 0.000="" 1,="" n="143)," 原状土为="" (a="18.284," b="0.080" 378,="" r="0.85," p="">< 0.000="" 1,="" n="116)" 。通过统计检验="" ,="" 用扰动土和原状土拟合方程="" 估计的呼吸强度差异不显著="" ,="" 故将扰动土和原状土="" 数据合并起来拟合一个综合方程="" (或通用方程="" ),="" 以="" 此对全年土壤呼吸量进行估计="" (图="" 2)="">
利用各种方程并根据每小时的温度计算得出 海拔 2 036 m的表层土壤全年呼吸量为 270–322 g C·m–2·a–1, 其中利用综合方程计算的结果为 307.1 g
C·m–2·a–1。海拔 2 260 m处的呼吸量为 237–284 g C·m–2·a–1, 其中利用综合方程计算的结果为 270.9 g C·m–2·a–1。
海拔 2 036 m处的群落生产力为 397 g·m–2, 按 照 国 际 通 用 0.5含 碳 率 计 算 , 相 当 于 纯 碳 198 g C·m–2。所以 , 雪斑群落总体上为碳源。由于生产力 测定未包括当年增加的所有部分 , 本文得出的呼吸 量和生产力之间的差值尚不能完全代表雪斑碳收 支的确切关系。
呼吸强度和温度的季节变化一致 , 夏季 7–8月
图 2 原状土和扰动土呼吸对温度的响应。共 6个处理 , 18个 样品。
Fig. 2 Respiration of intact and disturbed soil in relation with temperature. Six treatments, each with 3 samples. y=a?e (bt), a = 21.207, b = 0.077 148, r = 0.87, n = 220, p < 0.000="">
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达到高峰 , 约为 60 μmol·kg–1·h–1, 冬季即积雪期间 保持较低水平 , 为 20 μmol·kg–1·h–1 (图 3) 。
雪斑土壤的冬季呼吸占全年很大比例 , 而且随 着海拔的升高比例加大。表 4是基于日平均温度利 用综合方程计算的结果。海拔 2 036 m处 , 积雪期土 壤呼吸占全年的 42.5% (125.4 g C·m–2·a–1), 海拔 2 260 m处冬季呼吸量占 49.7% (128.7 g C·m–2·a–1) 。 2.4 呼吸量及其对气温升高响应的模拟预测
通过综合方程基于日平均气温对 2个样点进行 模拟的结果分别为 295和 259 g C·m–2·a–1 (表 4) 。
这和
图 3 土壤呼吸强度的季节变化。
Fig. 3 Seasonal variation of soil respiration.
表 4 现实条件与增温条件下雪斑群落土壤呼吸速率的季节 变化
Table 4 Soil respiration and its seasonal variation in snowpack in current and warmed scenarios
前面根据每小时温度计算的结果 (2个地点分别为 307.1和 270.9 g C·m–2·a–1) 非常接近。
假设气温升高 1 ℃ 且积雪时间缩短 20天 , 则全 年呼吸量增加 21–25 g C·m–2·a–1 (平均 23 g C·m–2·a–1) 或 8.0%–8.3%。低海拔处增加的幅度大。如前所述 , 目前的冬季呼吸量在海拔 2 036和 2 260 m处所占比
例分别为 42.5%和 49.7%, 而增温后呼吸量的时间格 局发生变化 , 冬季呼吸量所占比重分别为 35.8% (114.4 g C·m–2·a–1) 和 42.3% (118.1 g C·m–2·a–1) 。升温 后 , 平均增加的呼吸量为 0.25 g C·kg–1·a–1 (或 22.65 g C·m–2·a–1), 冬季呼吸量平均减少 0.118 g C·kg–1· season –1 (或 10.81 g C·m–2·season–1) (图 4) 。
3 讨论
本研究根据室内模拟实验分析了长白山高山 苔原带季节性雪斑大白花地榆群落土壤的呼吸和 温度的关系 , 同时根据野外连续观测的土壤温度数 据估算了土壤呼吸的季节变化特征。最后预测了气 候变暖对雪斑群落土壤呼吸可能带来的变化。基本 结论是 , 雪斑土壤全年具有较好的热量条件 , 尤其 在冬季 , 积雪的保温作用使土壤一直保持着旺盛的
生命活动。全年的呼吸量为 259–295 g C·m–2·a–1, 其 中冬季 (积雪覆盖期 ) 的呼吸量为 125–129 g C·m–2, 占全年的 40%以上。以上结果同北极苔原的测定结 果相似 (Elberling, 2007; Schimel et al., 2006)。 3.1 土壤呼吸的温度响应特征
寒冷地带的土壤生物过程对低温具有较强的 抵抗性和适应能力。永久冻土的细菌代谢对温度的 变化十分敏感 , 不仅在低温条件下有呼吸 , 代谢能 力加倍的时间也随温度的不同表现出很大差异 , 但 当在一定温度下持续时间较长 (200天以上 ) 时 , 代谢 活动基本稳定 (Rivkina et al., 2000)。更有研究证明 , 北极苔原的积雪深度及温度对呼吸没有直接影响 (Jones et al., 1999), 说明影响土壤呼吸的还有其他 因子 , 诸如营养条件等。
本研究通过模型模拟发现 , 土壤呼吸的最低温 度在 –30 ℃ 左右 , 说明苔原土壤在冬季仍有明显的 生命活动。这和在北极苔原开展的研究结论一致。 在实验过程中发现 , 土壤温度在极端低温条件下 (–40 ℃ ) 仍能检测到呼吸 , 但是不稳定 , 有待进一步 验证。
一般认为 Q 10是一个接近 2的常数。
本研究的 Q 10 项目 Item
海拔 2 036 m
Alt. 2 036 m 海拔 2 260 mAlt. 2 260 m目前呼吸 Present respiration
单位干土 By mass (g C·kg–1·a–1) 3.207 2.814 单位面积 By area (g C·m–2·a–1) 295.0
258.9
冬季 Winter (g C·kg–1·a–1) 1.363 1.399 夏季 Summer (g C ·kg–1·a–1) 1.844 1.415 升温 1 ℃ With 1 ℃ rise
单位干土 By mass (g C·kg–1·a–1) 3.474 3.039 单位面积 By area (g C·m–2
·a–1
) 319.6
279.6
冬季 Winter (g C·kg–1
·a–1) 1.243 1.284 夏季 Summer (g C·kg–1·a–1) 2.231 1.755 预测变化 Potential change 单位干土 By mass (g C·kg–1·a–1) 0.267 0.225 单位面积 By area (g C·m–2·a–1) 24.6 20.7 冬季 Winter (g C·kg–1·a–1) –0.120 –0.115 夏季 Summer (g C·kg–1·a–1)
0.387
0.340
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图 4 土壤日平均温度季节变化及升温模拟。观测位置海拔 2 260 m处。假设升温 1 ℃ , 积雪时间缩短 20天。
Fig. 4 Seasonal variation of daily mean temperature and simulation of warming. Site location at Alt. 2 260 m. By presumption of 1 °C rising in temperature and 20 days shortening in snow-period.
值基本上在 2–3之间 , 符合这一规律。 然而越来越多 的研究表明 , 长期处于低温条件下的土壤对温度上 升的反应更为敏感 , 即远远大于 2。例如 , 有人研究 阿拉斯加北部 4种苔原土的呼吸对温度的响应 , 常 温培养的土壤呼吸 Q 10值为 4.6–9.4, 而冷冻培养的 土壤 Q 10则高达 63–237 (Mikan et al., 2002)。永久冻 土 比 季 节 性 冻 土 的 呼 吸 更 活 跃 (Panikov et al., 2006) 。 本研究的土壤长期放在低温条件下保存 , 并 没有表现出很高的 Q 10值。
积雪的增加会提高土壤的冬季呼吸 , 但同时减 少夏季呼吸 , 而增雪又升温使潮湿的苔原土壤呼吸 几乎加倍 (Welker et al., 2000)。 本研究的模拟分析也 得出相同的结论 , 即积雪的减少使冬季呼吸量减少 但增加了夏季的呼吸量。 3.2 雪斑的水分条件
雪斑的温度基本为亚零度。在 2 ℃ 以下微生物 呼吸以微生物生物量及产品为主 , 超过 2 ℃ 则以植 物碎屑为主 (Schimel & Mikan, 2005)。 其中由 2 ℃ 到 0.5 ℃ 的变化几乎使来自微生物的碳源贡献加倍。 而这一阶段土壤液态水的含量也在发生显著变化 , 表现出土壤温度、湿度、生物活动之间的密切耦合 关系。本研究虽然讨论的是呼吸和温度的关系 , 但 是 , 雪斑优越的水分条件应该是一个不可忽略的重 要因子。
雪斑生境的显著特点是有一个漫长的恒温期 ,
即非生长季 , 同时伴随很高的土壤含水量。土壤水 分不仅在积雪期处于饱和状态 , 在非积雪期土壤湿 度也很大 , 因为雪斑处于凹陷部位。冻土地带的液 态水对调解表层热量具有非常重要的作用 , 而液态 水在严冬过后以及初冬开始降温阶段对土壤表层 热量条件的影响最明显 (Romanovsky & Osterkamp, 2000) 。 本研究的雪斑群落土壤基本处于冻融临界状 态 , 即亚零度 , 对土壤的热量调节作用大 , 加之高 的含水量 , 使得土壤呼吸在整个冬季都维持在较活 跃的水平。积雪下面土壤呼吸旺盛是温度和湿度共 同作用的结果 (Nakamoto et al., 2006)。水分超饱和 状态下土壤呼吸速率最大 , 这一点在北极附近的阔 叶 林 土 壤 研 究 中 得 到 证 实 (Coxson & Prkinson, 1987) 。
从晚秋或初冬开始 , 随着温度的降低 , 仪器记 录的含水率降低 , 到了初春 , 土壤含水率又逐渐上 升 , 说明积雪期间的土壤水分有相当一部分为固 态。初冬 10月 17日至 18日 , 土壤温度在零度上下波 动 , 含水率也表现出相同趋势 , 说明这阶段由于积 雪很少 , 土壤温度主要受空气温度的影响。到了 11月中旬 , 含水率呈稳定状态 , 说明积雪很厚 , 已经 脱离空气温度的影响。早春阶段土壤液态水的增加 可能对养分循环具有重要意义。 4月 9日之前 , 土壤 温度一直恒定 , 4月 9日至 10日 , 土壤温度由 –0.2 ℃ 升高到 0.1 ℃ , 土壤含水率也开始上升 , 表明土壤
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中的固态水在积雪完全消失前 50天就开始逐渐转 为液态水。 6月 1日土壤温度为 0.4 ℃ , 6月 2日温度升 高到 2 ℃ , 含水率达到高峰 , 之后缓慢下降 , 说明土 壤固态水完全融解 , 土壤水接近饱和 (图 5) 。 3.3 不同时间尺度估计土壤呼吸量的精度
关于土壤呼吸对温度的回归模型 , 从每小时温 度到日平均温度、月平均温度拟合的回归方程 , 各 项系数都非常接近 (表 5), 其估计值之间差异的统计 检验显示为不显著。说明可以利用任意时间尺度拟 合的方程进行估计。这对于提高温度数据的可利用 性具有重要意义。
拟合方程的最小时间尺度是小时 , 逐级向上扩 大尺度到日平均值、月平均值。时间尺度对拟合方 程的系数影响很小。模拟 –10–20 ℃ 之间的呼吸强 度 , 最大相差不超过 2 μmol·kg–1·h–1。而在野外观测 到的实际温度范围内 , 相差一般小于 1 μmol·kg–1· h –1。
说明以每小时拟合的方程可以扩展到利用月平 均温度进行模拟。大白花地榆群落的土壤呼吸量为 2.8–3.2 g·kg–1·a–1。
以海拔 2 036 m的土壤计算结果为例 , 对不同 方法估算的结果进行比较。利用 4次采集的扰动土 样品 (13个样品 ) 的方程进行单独估算的平均呼吸强 度为 3.304 g C·kg–1·a–1, 4个样品测定结果综合拟合 方程估计值为 3.495 g C·kg–1·a–1, 利用 2次采集的原 状土 (6个土样 ) 拟合方程估计值为 2.942 g C·kg–1·a–1。 将原状土和扰动土样品共同拟合方程 (称总和方程 ) 计算结果为 3.338 g C·kg–1
·a–1
。
对上述不同组合计算 的全年土壤呼吸量进行差异显著性检验 (t 检验 ), 相 互之间没有显著差异 , 说明任意方程都可以用来进
行估计。
3.4 气候变暖对雪斑群落的影响
高寒地带的群落是植物适应特定气候条件形 成的生态系统 , 温度升高会带来一系列影响。首先 , 雪斑群落的植物对极端温度的耐受能力有限 , 特别 是冬季的低温。由于积雪起到保温作用 , 植物不至 于受到极端低温的伤害。研究过程中曾经把少量大 白花地榆移栽到雪斑以外地段 , 经过冬天后没有一 株成活。显然高山地带的植物也有不耐寒的种类 , 只是逃避的方式比较特殊。
如果因温度升高使积雪过早融化甚至消失 , 需 要冬季冷凉恒定温度条件的植物就会受到威胁。类 似的种类还有高山红景天、松毛翠和牛皮杜鹃等。 所以 , 雪斑是维持高山生物多样性的重要生境因 子 , 由于雪斑的存在使苔原群落分布形成独特的格 局。雪斑面积缩小会直接影响高山植被景观的变
图 5 雪斑土壤日平均温度与湿度的季节变化。
Fig. 5 Seasonal variation of daily temperature and moisture of snowpack soil.
表 5 不同尺度时间步长拟合呼吸 (μmol·kg–1) 对温度的响应方程
Table 5 Temperature-dependent respiration equations with different time intervals
处理 Treatment
a b 备注
小时温度扰动土 Hourly disturbed 22.440 0.075 579 r = 0.88, n = 143, p < 0.000="" 1="" 小时温度原状="" hourly="" intact="" 18.284="" 0.080="" 378="" r="0.85," n="116," p="">< 0.000="" 1="" 小时温度综合="" hourly="">
21.207 0.077 148 r = 0.87, n = 259, p < 0.000="" 1="" 日平均温度扰动土="" daily="" mean="" disturbed="" 22.458="" 0.076="" 188="" *="" 日平均温度原状="" daily="" mean="" intact="" 18.301="" 0.081="" 066="" *="" 日平均温度综合="" daily="" mean="" both="" 20.273="" 0.078="" 627="" *="" 月平均温度扰动土="" monthly="" mean="" disturbed="" 22.539="" 0.077="" 120="" *="" 月平均温度原状="" monthly="" mean="" intact="" 18.370="" 0.082="" 102="" *="" 月平均温度综合="" monthly="" mean="">
20.348 0.079 611 *
*自变量日平均温度及月平均温度本身是根据每小时的响应方程估算的 , 故相关系数 (r > 0.99) 无意义。 Daily or monthly values were estimated one, and correlation coefficients are meaningless.
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化。
雪斑有着独特的微生物群落 , 而且群落组成的 季节变化明显 , 其中冬季积雪时 , 以分解作用为主 的类群占优势 (Nemergut et al., 2005)。 雪斑处不仅植 物群落生长过程同周围地段不同 , 微生物群落的养 分循环过程也不同。所以 , 积雪时间长短的变化必 然影响微生物类群的变化。
本研究的土壤呼吸是模拟自然条件开展的实 验 , 研究采用的是 60%的恒定含水量进行比较测定 , 实际上 , 土壤的湿度变化很大 , 包括时间上和空间 上的。含水率如果按照体积调整 , 将会有不同的结 果。实验室模拟实验的结果同野外实际情况的一致 性需要通过原位测定进行验证。由于雪斑常年湿度 大 , 探索水分饱和条件下的呼吸 , 可为揭示雪斑的 碳循环功能提供科学解释。此外 , 生产力测定过程 中忽略了地下部分。本研究调查的生长量或生产力 可能比实际要低 , 因为在调查中发现 , 大白花地榆 在生长过程中最先出来的叶片在盛夏季节已经枯 萎 , 准确测定当年的生长量比较困难。
本研究模拟的是温度响应过程 , 但是雪斑生境 的特殊性不仅仅是热量因素 , 比如雪斑的绝缘隔氧 作用等 , 所以模拟的土壤呼吸与实际情况会有差 别。
野外雪斑下土壤 (5 cm深处 ) 处于 0 ℃ 左右的时 间很长 , 而实际上近地表土壤是否有雪斑覆盖 , 温 度状况已经发生了变化 , 室内模拟时也是如此 , 这 很可能就是为什么此时的土壤呼吸变异很大 , 估算 时可能带来一定误差 , 因此有必要在野外条件下监 测土壤呼吸和温度的关系。
致谢 国家自然科学基金 (40671098)资助项目。吉 林省长白山火山监测站在后勤方面给予大力协助 ; 刘迎春、马泽清、李鑫等参加部分野外及室内分析 工作。 参考文献
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