高海拔和高纬度生态系统对气候变化的响应格局差异
文献类型：学位论文
| 作者 | Prakash Bhattarai |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 张扬建 |
| 关键词 | 高纬度 高海拔 青藏高原 生物生产力 物种组成 物种丰富度 气候变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 寒区生态系统广泛分布在地球，对全球变化高度敏感。它们的通量状态与气候变化密切相关，进而影响到生态系统的结构和功能。小尺度的气候变化可能通过改变底层基 本过程从而决定大尺度运作模式，反之亦然。深入了解植物物种丰富度和物种组成空 间格局及其相关因素，对解决全球寒区生态系统变化中的若干生态问题具有重要意义。 寒区生态系统与全球变化之间表现出高度空间异质性，以高纬度生态系统(HL)和高海 拔高山生态系统(HA)作为典型案例，通过比较分析上述两者的响应模式，使我们更深 入地了解其内在机制。 本研究探讨了 HL 和 HA 对温度和降水动态的响应情况，此外，研究了决定青藏高原和 哈登格维达国家公园(HNP)物种组成和丰富度的气候因子，两者分别代表了高纬度和 高海拔高原生态系统。具体而言，本研究旨在回答以下问题: i) 变暖和降水是否会刺激HL 和 HA 的生态系统碳储存和碳通量 ii) HL 和 HA 两类寒区生态系统对增温和降水的 响应有何不同? iii)植物在生态组织尺度上对气候变化的响应情况如何? iv)高海拔青藏高原的物种组成和物种丰富度格局是由水分和能量变化决定的吗? v)在局部尺度上微地形 是如何影响物种组成的? vi) HL与HA的物种组成有什么区别? Meta-analysis 和 meta-regression 方法研究HL和HA中碳存储和碳通量对气候变暖、降 水变化及其组合效应的响应。以青藏高原 80 个样地各 1km2 地块为对象开展实证研究， 探讨了青藏高原植物物种组成和丰富度的地理格局及其与气候因子的关系。共有细尺度上沿 23 条样带分布的共 151 个 4 m2 样地和区域尺度共 28 个 20m × 20m 样地，用以 研究 HNP 物种丰富度和物种组成格局。随机分布在 TP 和 HNP 上 40 个不同地点共 40个 100m2 样地，用以研究 HL 和 HA 在物种组成和相关气候因子上的差异。采用去趋 势对应分析(DCA)方法对 TP 和 HNP 的物种组成进行了分析。采用典型对应分析(CCA) 方法解释了气候变量对 TP 和 HNP 物种组成的影响。采用非度量多维尺度(NMDS)方法 对 HA 和 HL 的物种组成模式进行了可视化分析。通过回归分析探讨了物种丰富度与预测变量之间的关系。利用广义线性模型探讨了TP和 HNP 中物种丰富度与各预测变量的关系。采用广义线性混合效应模型探讨了不同预 测变量对TP物种丰富度的交互作用。采用单因素方差分析(One-way ANOVA)方法对摘要II HNP的物种丰富度进行了微地形变异分析。采用相似性分析(ANOSIM)方法研究了HL与 HA 的物种组成差异。采用未配对 t 检验法探究 HL 与 HA 之间的显著性差异。气候变暖和降水增加会增加生态系统生物量和碳通量，但降水减少会降低生态系统生 物量和碳通量。增温显著促进了 HL 和 HA 的地上生物量 (AGB)、根系生物量(RB)、总 生物量（TB）、地上净初级生产力 (ANPP) 、生态系统总生产力（GEP）、土壤呼吸 （SR）和净生态系统生产力(NEP)。地上生物量 (AGB) 、生态系统总生产力(GEP)和生 态系统呼吸速率(NEP)随降水增加而显著增加。增温使 HA 中 AGB 和 RB 增加，HL 中RB 保持不变。HL 中 GEP 和 ER 对气候变暖有正向反应，HA 中 GEP 和 ER 对气候变暖 无显著反应。 温度和降水的时空变化是影响青藏高原植被和生态系统功能的主要因素。随着时间的 增加，青藏高原大部分地区的净初级生产力(NPP)增加，但部分地区的生产力变动受每 10 年 0.3°C 温度上升的约束。年平均降水量(R2 = 0.58, p = < 0.001)、潜在蒸散量(R2 = 0.35, p = < 0.001)与 TP 的物种组合显著相关。植物物种丰富度随液态水有效度的 变化而增加，但与潜在蒸散量呈单峰关系。降水比潜在蒸散发对模型方差的解释更大， 但降水与能量的相互作用对 TP 物种丰富度格局的解释更强。DCA 第 1 轴累积方差为3.53%，第 2 轴累积方差为 2.93%，说明前两个轴代表了 TP 地区物种多样性的丰富程 度。 在 HNP中，DCA中的第一个轴代表了从无雪山脊到湿润雪床生境的复杂梯度，第二个 轴代表了从酸性到钙质生境的梯度。地衣的物种丰富度在山脊区高于雪床区，而其他 生命体的物种丰富度则相反。在细尺度和区域尺度上，物种丰富度随加权平均雪指示 值(WASI)的回归呈现出不同的格局。全植物、维管植物和草本植物物种丰富度随WASI值的增加而增加，而地衣物种丰富度随 WASI值的增大而大幅下降。矮灌木物种 丰富度与 WASI 在细尺度上呈单峰关系，在区域尺度上呈线性下降。在区域尺度上， 植物总丰富度与 WASI 呈单峰关系，而维管植物和草本植物丰富度随 WASI 值的增加 而增加。 NMDS 分析表明，TP 与 HNP 的高纬度苔原植物群落存在明显差异(R = 0.8471, p < 0.001)。TP 与 HNP 在物种更替方面存在显著差异(F = 89.06, p < 0.001)。生长季长和年降水量是解释高原湿地物种组成的重要因子，而最暖季降水量、最暖季平均气温和年 平均气温是解释高原湿地物种组成的重要因子。 HL 对气候变暖敏感，HA 对降水敏感。HL 生态系统和 HA 生态系统对气候变化的不同 响应反映了其特定的生态系统特征和特定的环境制约因素。研究结果表明，液态水的 有效性为山地物种组成和丰富度提供了一个很好的解释，而山地物种的组成和丰富度 受积雪覆盖和盛行风向的控制。将长期的时间数据与多因素分析相结合，将有助于制 定合理的措施，在寒冷的生态系统中建立健康的生态系统。未来寒冷生态系统的研究 应进一步考虑高纬度和高海拔生态系统特有的微地形、土壤湿度和局部气候等特殊条 件。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 英语 |
| 页码 | 101 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184637]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | Prakash Bhattarai. 高海拔和高纬度生态系统对气候变化的响应格局差异[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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