羌塘高原高寒草地植物-土壤系统沿气候梯度的变化及对围栏封育的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 马维玲 |
| 答辩日期 | 2018-06 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 刘高焕 ; 石培礼 |
| 关键词 | 生物多样性-生产力关系 生物量分配 生态网络 广义加性模型 结构方程模型 青藏高原 气候变化 高寒草地生态系统氮循环 环境梯度 功能群多样性 生态位重叠和分离 氮同位素组成 高寒草原 氮素添加 剪草模拟放牧 植物-土壤氮库 植物与土壤微生物氮素竞争 氮素运移规律 太行山区 森林植被类型 水源涵养 综合蓄水能力 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 在不断变化的世界中，植物地上和地下生物量分配是更好地预测生态系统动态的关键参数。然而，生产力分配如何应对气候和多样性梯度，对于西藏高寒草地而言，尚不清楚。本研究博士后工作期间，沿藏北高寒草地样带的33对放牧和围栏样地采集地上生物量和地下根系。将地上生物量峰值作为地上生产力，而地下生产力则由地上生物量、活根和根系周转率间接估算。采用广义加性模型(GAMs)揭示草地生产力随气候和多样性梯度变化的非线性关系。研究结果表明，地上生产力对Shannon多样性指数和降水与物种丰富度之间的相互作用存在非线性响应。地下生产力由温度和降水量非线性控制。结构方程模型(SEMs)直接和间接阐明气候和多样性对草地生产力在地上和地下生产力之间划分的影响路径。研究发现植物多样性对地下生产力没有直接影响，但可能通过气候和多样性对地上生产力的间接影响而影响地下生产力。建议采用广义加性模型和结构方程模型来更好地理解气候变化背景下高寒草地生物多样性与生产力之间非线性复杂关系背后的机制。 青藏高原草地对高原生物多样性保护和社会环境可持续性具有根本意义。然而，高寒草地植物如何调节生态系统氮(N)循环以适应环境变化仍不清楚。本研究中调查了青藏高原北部1 200公里样带上的土壤和植物氮同位素自然丰度值(15N)，所采集的样品具有明显的气候、土壤和植被梯度。研究结果揭示15Nsoil、15Nplant和土壤植物富集(15Nsoil-to-plant)的气候模式随着降水量的增加而增加，并且随着温度的升高而降低。15Nsoil、15Nplant和15Nsoil-to-plant的数值随着土壤全氮(Total Soil Nitrogen, STN)和土壤有机质(Soil Organic Matter, SOM)的增加而降低，但随着土壤全磷(Total Soil Phosphorus, STP)的增加而增加，表明沿梯度从潮湿的草甸到干旱的荒漠草原，土壤从磷到氮的限制。在高寒草甸、草原和荒漠草原中发现15Nsoil存在显著差异。在植物功能群(莎草、禾草、豆科、杂草和垫状植物)中，通过15Nplant和15Nsoil-to-plant发现生态位重叠和分离以及它们对环境变化的反应。生长季节降水主要控制着生态系统氮循环，并解释了最佳线性模型中15Nsoil、15Nplant和15Nsoil-to-plant的大部分变化。在模型的R2分解中，Shannon多样性指数和地上生产力的相对重要性与降水相当，表明物种组成和生产力对西藏高寒草地生态系统氮循环的调节作用不可忽视。研究结果强调沿着环境梯度的不同植物功能群的氮生态位分离和重叠。未来研究中还应包括土壤微生物，并更多地关注生态系统功能和过程的地上与地下权衡，以更好的理解西藏草原对气候变化和人类干扰的反应。 氮素(N)是大气中含量最丰富的元素，同时是限制陆地生态系统尤其是草地生态系统的重要养分之一(Aerts and Chapin III 1999, Elser et al. 2007, LeBauer and Treseder 2008)。而青藏高原海拔较高，温度低。土壤低温限制了土壤有机质的分解和氮矿化，土壤有效氮匮乏。低的土壤有效养分条件限制了高寒植物的生长，决定了高寒草甸生态系统植被生产力较低。随着近年来社会经济的发展与人口增加，青藏高原高寒草甸放牧压力也持续增加，导致高寒草甸生态系统退化越来越严重。修复退化草地并维持高原畜牧业的可持续开发是区域生态学面临的一个紧迫任务。 本研究以西藏念青唐古拉山南坡草原化嵩草草甸生态系统为研究对象，基于氮素添加和剪草模拟放牧处理的控制实验，结合15N同位素标记方法、土壤矿化等多种实验分析方法，研究氮素添加和剪草处理对高寒草甸生态系统氮素循环的影响。研究了两种形态(N-NH4+、N-NO3-)和三个剂量(0、1、10 g N m-2 yr-1)氮素添加对围栏、轮牧草甸生态系统内植物和土壤微生物之间氮素竞争强度的影响，量化了氮素在生态系统中各个库中的运移过程。 森林生态系统水源涵养功能是林冠层、枯落物层和土壤层对大气降水进行再分配的过程。本文通过文献收集整理太行山地区森林植被林冠一次降水截留量、枯落物层持水量和土壤层贮水量数据，分析该地区主要森林植被对降水的截留和贮蓄能力，采用综合蓄水能力法对森林植被的综合涵养水源能力进行评价，旨在为合理经营和管理森林生态系统提供依据。结果表明：1)土壤非毛管孔隙度与生态系统综合持水量呈正相关，且最大持水量占整个森林生态系统综合持水量的90%以上，表明土壤层作为森林生态系统水文效应最重要的一层，是整个森林系统水分循环的主要贮蓄库和调节器；2)针叶林中油松和侧柏的冠层一次降水截留量显著高于其他林型，其林冠结构更加适应该地区气象条件，林冠层降水再分配能力也优于其他林型；3)混交林郁闭度低，有利于林下灌、草丛的生长，其枯落物现存量比纯林和人工林更高，虽然林冠一次截留量低但林下具有丰富的枯落物层而更易涵养水源；4)天然林综合蓄水能力整体高于人工林，侧柏人工林和油松人工林综合蓄水能力仅次于刺槐、侧柏和油松天然林。综上可见，合理利用森林资源防止水土流失、天然林长期封育和合理控制优势树种密度增加植被覆盖率对太行山地区植被恢复和生态建设具有重要意义。为提高该区综合水源涵养能力，可增加乡土树种油松和侧柏人工林的种植面积。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 125 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/193908]  |
| 专题 | 科技平台与基建处_图书馆 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马维玲. 羌塘高原高寒草地植物-土壤系统沿气候梯度的变化及对围栏封育的响应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2018. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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