基于生态化学计量学分析的荒漠藓类结皮斑块环境适应性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李永刚 |
| 答辩日期 | 2020-06-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张元明 |
| 关键词 | 齿肋赤藓斑块 边缘效应 面积效应 生态化学计量学 土壤养分 Patch of S. caninervis edge effect area effect stoichiometry soil nutrient |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | Study of environmental adaptability of desert moss crusts based on ecological stoichiometry |
| 英文摘要 | 生物土壤结皮广泛分布于干旱荒漠区地表，在维持荒漠生态系统结构与功能方面具有重要的生态功能。 藓类结皮是生物土壤结皮中重要的组分之一， 自然状态下通常呈现出典型的斑块状分布特征。 目前对荒漠藓类结皮植物环境适应性的研究多集中于藓类植物个体对环境的适应性， 分别从基因调控、细胞结构、 形态特征、生理生化等方面揭示藓类植物对干旱、高温等不利环境的适应性。 自然环境下， 藓类结皮主要以斑块的形式存在，但对于这种斑块式聚集分布是否有利于藓类植物适应不利环境条件的研究鲜有报道。 阐明荒漠藓类结皮斑块的生态效应，有助于加深对荒漠藓类植物环境适应性和生态功能的理解，为荒漠生态系统结构与功能研究提供参考依据。本研究以古尔班通古特沙漠为研究区，选择该沙漠生物土壤结皮中优势藓类植物齿肋赤藓 (Syntrichia caninervis Mitt.)斑块为研究对象， 通过测定碳、氮磷等不同元素含量， 分析齿肋赤藓斑块中心区域和边缘区以及不同面积斑块中齿肋赤藓植物体和斑块下层土壤的生态化学计量特征，以及不同微生境下和不同空间采样距离的齿肋赤藓斑块生态化学计量特征，阐明藓类结皮斑块对不利环境的适应机理。 本研究主要结果如下：1. 齿肋赤藓斑块在古尔班通古特沙漠中主要以面积小于 100 cm2 的斑块分布为主， 在沙丘底部主要呈聚集分布。 齿肋赤藓斑块面积小于 100 cm2 的斑块占调查斑块总数 87%以上，小于 10 cm2 的斑块数占调查总数的 50%以上。样方内利用空间点格局分析，发现 K(r) 值显著高于 K(r)the 上限值， 认为齿肋赤藓斑块呈聚集分布。 沙漠不同区域齿肋赤藓斑块面积组成比例显著不同， 沙漠边缘小型斑块占该调查点斑块数的比例较沙漠腹地高， 边缘较腹地斑块破碎化程度高。2. 齿肋赤藓斑块中心区域生态化学计量特征较边缘区高， 形成微尺度上“肥岛”， 从而影响荒漠土壤系统土壤养分循环。 斑块中心区域齿肋赤藓植物体氮、磷含量（ N: 15.151 mg/g， P: 1.830 mg/g） 显著高于边缘区齿肋赤藓植物体氮、磷含量（ N: 13.431 mg/g， P: 1.507 mg/g）。结皮层斑块和结皮斑块下层土壤速效氮与速效磷在斑块中心区域和边缘区无显著（ P>0.05） 差异。结皮层斑块土壤全磷在中心区域和边缘区无显著（ P>0.05） 差异， 结皮斑块下层中心区域土壤全磷含量显著（ P<0.05） 高于结皮斑块边缘区下层土壤。 齿肋赤藓斑块中心区域和边缘区结皮层斑块土壤有机碳、全氮、速效氮、速效磷含量显著（ P<0.05） 高于结皮斑块下层土壤有机碳、全氮、速效氮、速效磷含量。斑块中心区域结皮层斑块土壤与结皮下层土壤全磷含量无显著（ P>0.05） 差异， 齿肋赤藓斑块边缘区结皮层斑块土壤全磷含量显著（ P<0.05） 高于结皮斑块下层土壤。3. 齿肋赤藓斑块生态化学计量特征具有明显的面积效应，随斑块面积的增加有利于齿肋赤藓斑块在荒漠生态系统中的生长。 齿肋赤藓斑块面积增加有利于齿肋赤藓斑块生态化学计量特征的积累。 随斑块面积的增加齿肋赤藓植物体地上部分的氮含量和地下部分的碳、氮、磷含量均呈上升趋势。 斑块面积对齿肋赤藓植物体地上部分和地下部分碳含量无显著（ P>0.05） 的影响。 齿肋赤藓植物体地上部分（茎叶）的氮、磷含量显著（ P<0.05） 高于地下部分（假根） 氮、磷含量，而碳氮比和碳磷比显著（ P<0.05） 低于地下部分。斑块面积的增加能够显著的增加土壤蔗糖酶活性，对土壤脲酶、碱性磷酸酶无显著（ P>0.05） 影响。4. 微生境（裸露地、活灌丛、死灌丛） 显著影响齿肋赤藓斑块生态化学计量特征，且活灌丛下斑块面积大小对齿肋赤藓斑块生态化学计量特征无显著（ P>0.05） 影响。活灌丛下齿肋赤藓植物体氮、磷含量高于裸露地和死灌丛下。不同微生境对齿肋赤藓植物体碳含量无显著（ P>0.05） 影响。 齿肋赤藓植物体地上部分氮、 磷含量显著（ P<0.05） 高于地下部分，地下部分碳氮比和碳磷比高于地上部分。 土壤有机碳 (SOC)、土壤全氮 (STN)、土壤有效磷 (SAP)、碳磷比和氮磷比在死灌丛下最高，而裸露地最低。土壤总磷 (STP)和土壤有效氮 (SAN)、碳氮比和土壤有效氮均无显著（ P>0.05） 差异。土壤脲酶和硝酸还原酶活性在死灌丛下最高， 裸露地下斑块下层土壤蔗糖酶和土壤 β-葡萄糖苷酶活性最高。死灌丛下斑块下层土壤碱性磷酸酶活性最低，裸露地与活灌丛下无显著差异。5. 不同空间尺度下，齿肋赤藓斑块生态化学计量特征间差异不同， 齿肋赤藓斑块生态化学计量特征具有空间异质性。 在相邻沙丘间齿肋赤藓植物体和结皮斑块下土壤的生态化学计量特征无显著（ P>0.05） 差异。随沙丘间距离的增加，沙丘间齿肋赤藓斑块生态化学计量特征呈显著（ P<0.05） 不同。 在古尔班通古特沙漠腹地相距 5 km 沙丘间齿肋赤藓植物体地下部分的碳、氮、磷、钾含量具有显著（ P<0.05） 差异， 地上部分氮、磷含量呈显著不同。 该沙漠腹地沙丘间结皮斑块下层土壤生态化学计量特征无显著（ P>0.05） 差异，而土壤 pH 和电导率均具有显著不同。通过相关性分析和 Mantel 分析发现土壤的氮、磷是影响齿肋赤藓生态化学计量特征的主要因素。6. 古尔班通古特沙漠中相距 10 km 的沙丘间齿肋赤藓斑块生态化学计量特征显著不同。 该沙漠中齿肋赤藓植物体地上部分的碳、磷、钾含量显著（ P<0.05）高于地下部分。无齿肋赤藓斑块覆盖的土壤有机质、总氮和总磷含量在相距 10km 的沙丘间具有显著（ P<0.05） 的差异， 但斑块下表层土壤中有机质、总氮和总磷含量无显著（ P>0.05） 差异。 斑块下层土壤硝态氮与齿肋赤藓植物体磷含量间呈显著（ P<0.05） 的正相关关系。齿肋赤藓植物体碳与氮， 碳与磷， 氮与磷元素间呈显著（ P<0.05） 的正效应， 而碳与钾元素间呈显著（ P<0.05） 的负效应。齿肋赤藓植物体氮、磷、钾元素与结皮斑块下层土壤养分间的结构方程分析发现，齿肋赤藓植物体氮、磷、钾元素主要养分来源于土壤中的土壤铵态氮、 速效磷和钾， 由地下部分吸收、转化、运输至地上部分。研究结果表明， 荒漠藓类结皮斑块主要以小型斑块分布，且在沙丘底部呈聚集分布。荒漠藓类植物斑块具有与景观生态学中维管束植物相似的斑块效应，齿肋赤藓斑块生态化学计量特征具有明显的边缘效应和面积效应。齿肋赤藓斑块生态化学计量特征易受微环境的影响，不同空间尺度下齿肋赤藓斑块生态化学计量特征空间异质性不同。斑块内齿肋赤藓植物体生态化学计量特征易受土壤生态化学计量特征的影响。 齿肋赤藓植物体的养分含量在古尔班通古特沙漠中具有较强的可塑性， 齿肋赤藓植物体可以通过改变其元素含量以平衡物质与能量循环、 维持其在恶劣环境下生长， 从而适应荒漠严酷的自然环境和气候条件。 |
| 学科主题 | 植物学 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15433]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李永刚. 基于生态化学计量学分析的荒漠藓类结皮斑块环境适应性研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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