以气候变暖、雪被减少和极端气象事件等为主要特征的全球气候变化正在改变着陆地生态系统过程,尤其是暖冬对寒冷生物区土壤碳氮过程的影响。然而,受季节性雪被和冻融循环影响明显的寒冷生物区,不同关键时期的土壤碳氮过程对气候变化的响应可能存在显著差异,但迄今尚缺乏相应研究。川西高山森林地处青臧高原东缘和长江上游地区,在涵养水源、保育生物多样性、吸存大气CO2和指示全球气候变化等方面具有突出的战略地位,但同时也是受季节性雪被和冻融循环影响明显的生态环境脆弱区以及全球气候变化的敏感区,未来气候变化对土壤碳氮过程的影响不仅影响土壤碳收支和氮素肥力,而且可能影响其对接的溪流和河流水体环境。因此,为了解气候变暖对高山森林土壤碳氮过程的影响,进行了3年的海拔梯度实验,将采集于原始冷杉林下的原状土柱(含土壤有机层和矿质土壤层)分别培养在海拔3600 m(A1)、3300 m(A2)和3000 m(A3)的立地,用以模拟大气温度的增加实验,研究气候变暖对高寒森林生态系统不同关键时期土壤碳氮转化、微生物生物量碳氮动态以及土壤碳氮淋溶的影响,从而为未来气候变化情景下的高寒森林生态系统管理提供一定的科学依据。模拟增温对川西高山森林土壤碳转化的影响随着土壤层次和关键时期而变化。模拟增温对川西高山森林土壤有机层碳转化的影响明显高于矿质土壤层。模拟增温减小了土壤有机层和矿质土壤层碳含量(除去A2海拔矿质土壤层),并且土壤有机层减小的碳含量高于矿质土壤层减小的碳含量,但是作用并不显著。模拟增温使各关键时期土壤碳转化速率幅度变大,但是差异并不显著。模拟增温下,整个生长季节土壤有机层和矿质土壤层的碳转化速率为负值,表现出土壤碳素含量的减小过程,土壤有机层中平均速率为A2 (-7.26 mg/(kg·d))> A1 (-12.96 mg/(kg·d))> A3 (-86.06 mg/(kg·d)),矿质土壤层中平均速率A1 (-17.22 mg/(kg·d))> A2 (-23.02 mg/(kg·d))> A3 (-25.16 mg/(kg·d));整个非生长季节则表现出土壤碳转化速率为正值,表现出碳素的积累过程,土壤有机层平均速率为A3 (83.83 mg/(kg·d))> A1 (18.28 mg/(kg·d))> A2 (-26.99 mg/(kg·d)),矿质土壤层平均速率为A2 (53.67 mg/(kg·d))> A3 (24.36 mg/(kg·d))> Al (11.06 mg/(kg·d));但是模拟增温对生长季节和非生长季节土壤碳转化速率的作用并不显著。土壤有机层和矿质土壤层土壤碳转化速率年际间变化规律相似,并且模拟增温并没有显著改变年际间土壤碳转化速率。模拟增温对川西高山森林土壤有机层氮矿化的影响明显高于矿质土壤层。模拟增温减小了土壤有机层(除A2海拔土壤有机层外)和矿质土壤层氮含量,模拟增温引起了土壤有机层和矿质土壤层土壤氮含量减小,并且土壤有机层氮减小量高于矿质土壤层氮减小量,但是作用并没有达到显著差异。模拟增温减小了土壤有机层和矿质土壤层(除A2海拔矿质土壤层)氨化速率,却增加了土壤有机层和矿质土壤层的硝化速率,并且硝化速率远高于氨化速率,模拟增温增加了土壤氮素的矿化速率,并且模拟增温对硝化作用影响显著。模拟增温情境下,生长季节土壤氨化速率和硝化速率皆为负值,土壤矿质氮减小,并且模拟增温减小了土壤有机层和矿质土壤层矿质氮(除去A2海拔两个土层的硝态氮),但是作用并不显著；非生长季节土壤有机层和矿质土壤层土壤氨化速率和硝化速率皆为正值,土壤硝化速率远大于氨化速率,土壤氮素矿化,并且模拟增温加速了土壤硝化速率,硝化速率最大的土壤有机层平均值为A3 (0.5278 mg/(kg·d))> A2 (0.2925 mg/(kg·d))> A1 (0.1746 mg/(kg·d)),模拟增温影响显著。土壤有机层和矿质土壤层土壤氮素矿化速率年际之间变化规律相似,并且模拟增温并没有显著改变年际之间土壤氮素矿化速率。试验区域土壤有机层中微生物生物量碳氮含量远高于矿质土壤层中微生物生物量碳氮含量；模拟增温减小了土壤有机层中微生物生物量碳氮含量,却使矿质土壤层中微生物生物量碳氮含量增加,并且模拟增温作用显著。土壤有机层年均微生物生物量碳氮总和为Al (1842.91 6mg/kg)> A2 (1664.84 mg/kg)> A3 (1385.72 mg/kg),矿质土壤层年均微生物生物量碳氮总和为A3 (300.20 mg/kg)> A2 (293.13 mg/kg)>A1 (268.18 mg/kg)。土壤有机层和矿质土壤层中,土壤微生物生物量碳氮在具有冻融循环的关键时期大量减小,模拟增温引起冻融格局变化减小了土壤微生物生物量碳氮,作用显著,生长季节土壤微生物生物量高于非生长季节,模拟增温增加了生长季节土壤微生物生物量碳氮,却减小了非生长季节土壤微生物生物量碳氮。模拟增温条件下,土壤有机层和矿质土壤层土壤微生物生物量碳氮年际间的含量相似,并且模拟增温也没有显著改变年际之间土壤微生物生物量碳氮含量。川西高山可溶性有机碳的淋溶集中于生长季节末期至深冻期,并且可溶性有机碳淋溶量在非生长季节远高于生长季节,淋溶量最大的非生长季节输入土壤和输出土壤量都很高。在冻融循环的作用下,土壤可溶性有机碳的淋溶量很大,经历冻结初期(OF)的冻融循环会使得可溶性有机碳大量淋溶损失。模拟增温增加了生长季节末期至深冻期地上、土壤有机层和整个土壤层的可溶性有机碳的淋溶,非生长季节整个土壤层淋溶的可溶性碳均值为A3 (7.25 kg/hm2)> A2 (6.68 kg/hm2)> A1 (5.36 kg/hm2)。模拟增温条件下,地上,土壤有机层和整个土壤层淋溶的可溶性有机碳含量在年际间相似,虽然第二年和第三年地上、土壤有机层和整个土壤层淋溶的可溶性有机碳增加,但是模拟增温并没有改变年间淋溶格局。川西高山森林土壤有机层和整个土壤层可溶性氮淋溶量远高于地上的可溶性氮素淋溶量。川西高山森林中全年淋溶氮素主要为可溶性无机氮,生长季节可溶性有机氮淋溶量较高,而非生长季节可溶性无机氮淋溶量远高于全年可溶性有机氮淋溶量,模拟增温增加了整个土壤层整个非生长季节土壤氮素淋溶,但是差异并不显著,整个土壤层非生长季节氮素淋溶量平均值A2(1.48 kg/hm2)> A3 (1.40 kg/hm2)> A1 (1.39 kg/hm2)。冻融循环促进了土壤中氮素的大量淋溶,在具有冻融循环时期铵态氮的淋溶量高于硝态氮,模拟增温增加了冻融时期土壤氮素的淋溶量,并且作用显著。模拟增温条件下,三年培养期间,地上,土壤有机层和矿质土壤层在年际间氮素的淋溶量相似,模拟增温并没有改变年际间的氮素淋溶量。综上,模拟空气温度增加将通过直接或间接作用于土壤,对川西高山森林土壤的碳氮过程产生影响。模拟增温减小了川西高山森林土壤中碳氮在生长季节的含量,同时加速了非生长季节土壤中碳氮的矿化；模拟增温减小了土壤有机层微生物生物量碳氮,增加了矿质土壤层微生物生物量碳氮,土壤有机层微生物生物量碳氮远高于矿质土壤层,模拟增温限制了微生物对土壤碳氮的循环利用。模拟增温加速了土壤中可溶性碳氮的淋溶损失,引起土壤碳氮库损失。这些结果表明,在全球气候变暖进程下,寒冷生物区域土壤环境随着极端气候的变化,将加速土壤碳、氮库的减小,部分微生物活数量会受到抑制,并且加速流失的碳、氮很可能对寒冷生物区域水体环境造成影响。