小冰期以来贡嘎山冰川退缩区风化作用与P的生物地球化学循环

Weathering in gliaical retreat area controls the biogeochemical cycle of Phosphorus (P) and its bio-avalability, while the biogeochemical cycle profoundly impacts on the primary succession and ecosystem development in this area. The Hailuogou glacier in the Mt. Gongga have markedly retreated since the Little Ice Age (LIA). On the retreat area, soil developed continuously from the moraines and primary successions developed from bare land to mature Picea forest. In this proposed project, glacial retreat area of Hailuogou Glacier in Mt. Gongga will be investigated. Based on the comprehensive studies on moraines, soil, microbe and plant on the retreat chronosequence,weathering of moraine and soil development will be understood. The relationships among P release, weathering and soil development will be established and the feature of P fraction transformation under different weathering degree will be understood, based on the element (P, Si, Al, etc) concentrations variation on the retreat chronosequence. The function of microbe and plant on the biogeochemical cycle of P in research area, as well as the response process and mechanism of vegetation development and primary succession evolution to the biogeochemical cycle of P will be probed. This proposed project will be an case study on the soil developing process, vegetation development and primary succession development on the glacial retreat area in the global change scenario. The results of this proposed project will provide theory to the ecosystem restoration and conservation on the glacial retreat area and other geological event region.

冰川退缩区风化作用左右着P的生物地球化学循环及其生物有效性，而P的生物地球化学循环对该区的原生植被演替和山地生态系统产生根本影响。贡嘎山海螺沟冰川自小冰期以来不断退缩，在退缩迹地上土壤逐渐发育并形成了由裸地到成熟冷杉林的连续植被带谱，为本研究提供了理想的研究区域。项目将通过小冰期以来海螺沟冰川退缩迹地上冰碛物、土壤、微生物和植物的系统研究，了解该地区冰川堆积物的风化作用与土壤发育特征；通过冰川退缩序列上P等元素浓度变化，建立P释放速率与风化作用、成壤作用的联系，并了解不同风化作用强度下P的形态转化特征；探讨冰川退缩区P的生物地球化学循环过程中微生物和植物的作用，获得植被发育及原生演替对P释放速率和形态转换速率的响应过程和机制；了解P由岩石圈进入生物圈的过程和机制。项目将为全球变化背景上冰川退缩区物质循环与植被演替、生态系统发育提供研究实例，为典型地质过程后生态系统的恢复和保护提供理论依据。

贡嘎山海螺沟冰川小冰期以来不断退缩，在退缩迹地上土壤由冰川堆积物经风化作用和成土作用迅速发育。这里提供了P由岩石圈进入生物圈研究的理想场所。本项目，利用冰川退缩区120年土壤序列，通过对风化作用与P释放、微生物作用对土壤P生物有效性的影响、植被发育对土壤P的生物有效性影响等方面的研究，获得了对早期成土过程中P的生物地球化学过程的全面认识。研究表明：1、良好的水热条件和快速发育的植被极大地促进了风化作用的进行，冰川退缩后的52年内，以碳酸盐风化为主，52年后黑云母和角闪石等硅酸盐矿物开始强烈风化。与暴露时间相近的其它冰川退缩迹地相比，贡嘎山海螺沟冰川退缩迹地土壤发育和有机质积累速率更快，土壤酸化过程更迅速。2、重建了土壤磷形态随成土年龄的变化序列。研究发现，冰川末端冰碛物（成土年龄0年）中以原生矿物磷为主，随着成土作用的进行，原生矿物磷显著降低，而有机磷显著升高。生物有效磷在冰川退缩30年后即发生显著增加，与植被的原生演替存在一定的耦合关系。植物种类和土壤pH是控制土壤磷形态发生变化的主要因素。3、土壤微生物对磷的作用是山地生态系统维持土壤磷营养的关键作用过程。冰川迹地土壤中细菌数量多于真菌，细菌种群以Proteobacteria、Acidobacteria、Bacteroidetes 和 Actinobacteria等为优势菌群，真菌种群以Ascomycota 、Basidiomycota等为优势菌群。细菌的多样性和丰度，都比真菌的高。微生物量P是土壤生物有效P的最主要贡献者，微生物对C的需求驱动了土壤发育早期有机磷的矿化。4、土壤发育早期阶段P流失速度快。120年土壤序列上的总磷及其形态特征反映出土壤早期发育阶段磷的快速流失，以土壤深度30cm估算，冰川退缩52年开始磷储量显著降低，在120年是磷储量衰减17.6% 。海螺沟冰川退缩区土壤序列磷的快速流失主要归因于快速风化作用、植物吸收和地表径流搬运。120年的土壤发育过程中，形成了完整的植被演化序列，约36% 流失的磷转化为生物量磷。.项目对深入理解P的生物地球化学循环及其生态环境效应有重要意义。