中国草地和荒漠植物功能性状频度分布特征及其与生态系统功能的关系
文献类型：学位论文
| 作者 | 王健铭 |
| 答辩日期 | 2021-06 |
| 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 | 何念鹏 |
| 关键词 | 青藏高原 内蒙古 西北荒漠 草地和荒漠生态系统 植物功能性状频度分布特征 群落构建 生态系统生产力 生态系统稳定性 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 中国境内草地和荒漠生态系统总面积超过390万平方公里，这些草地和荒漠生态系统极易受到全球气候与土地利用类型变化的影响。然而受恶劣自然环境与交通条件限制，目前针对我国草地和荒漠生态系统大尺度植物群落构建机制，尤其是生态系统过程和功能的生物调控机制的稀有研究还是很缺乏。解析植物功能性状时空变异性及其内在机制对揭示群落结构与生态系统功能维持机制具有重要意义。然而有关研究大多局限于优势种或群落平均值，群落内所有物种功能性状频度分布的方差、偏度和峰度等特征参数长期被忽视，严重制约了群落构建和生态系统功能维持机制的深入认识。 本研究以青藏高寒草地、内蒙古温带草地和中国温带荒漠为研究对象，通过设置区域调查样带，开展野外调查和室内测试分析工作，在获取了三个区域232个植物群落结构、以及植物群落内全部物种的高度、叶片比页面两个关键功能性状指标、以及土壤、气候等环境因素数据的基础上，结合零模型、逐步回归模型和方差分解等分析方式，系统解析了功能性状频度分布特征参数对土壤、气候条件变化的响应，揭示了中国草地和荒漠生态系统植物群落构建机制，以及植物功能性状对生态系统功能及其稳定性的调控机制。具体结果如下： (1)中国草地和荒漠植物群落功能性状频度分布的优势性、功能多样性、性状稀有性和性状结构均匀性的四个维度的特征参数对土壤pH、温度、降水和太阳辐射强度等环境因素都有着显著的响应。土壤、水分、温带和太阳辐射共同解释了青藏高寒草地、内蒙古温带草地，以及为温带荒漠植物高度和比叶面积频度分布的特征参数15.6%~74.%和7.1%~69.1%、43.2%~82.8%和8.9%~79.6%、9.1~32.3%和13.7%~42.7%的空间变异，表明环境胁迫将导致中国草地和荒漠植物群落产生不同的功能性状频度分布特征。 此外通过对比分析，我们更发现植物高度和叶片比叶面积频度分布的四个核心特征参数对温度、降水等环境因素的响应在高寒草地、温带草地和荒漠生态系统间存在显著差异。整体上，青藏高寒草地植物高度和叶片比叶面积频度分布特征主要受到低温胁迫的调控，而温带草地和荒漠植物高度和叶片比叶面积频度分布特征对干旱胁迫有着更强的响应。此外，在三个生态系统间，植物功能性状频度分布的不同特征参数对低温胁迫、干旱胁迫和太阳辐射胁迫在响应方向和强度上也存在着显著差异。 (2)青藏高寒草地、温带草地和中国荒漠生态系统植物高度和叶片比叶面积频度分布的优势度、功能多样性、稀有性和均匀度的观测值与期望值存在显著差异，表明确定性过程主导着中国草地和荒漠植物群落构建。通过对植物高度和比叶面积频度分布方差开展进一步分析发现，青藏高寒草地、内蒙古温带草地和中国荒漠生态系统植物群落功能性状频度分布格局主要受到非生物过滤的调控，非生物过滤将导致三个区域植物群落功能性状趋同，从而产生聚集的植物功能性状频度分布格局。此外，我们也发现生物间相互作用在调控草地和荒漠植物群落功能结构方面也有着一定的影响。 (3)我们研究结果显示土壤、气候和植物群落属性分别协同解释了青藏高寒草地、内蒙古温带草地，以及中国荒漠植被生产力90.3%、96.8%和60.3%的空间变异，表明中国草地和荒漠植被生产力都得到了很好的预测。此外，植物功能性状、土壤与气候因素也共同解释了青藏高寒草地、内蒙古温带草地和荒漠生态系统稳定性61.2%、56.3%和47.5%的空间变异。在青藏地区和中国荒漠生态系统中植物叶片比叶面积频度分布的偏度增加将降低植被生产力的稳定性，这表明这两个区域稀有物种，即比叶面积较大的物种进入群落将会导致生态系统稳定性下降。在内蒙古温带草原，植物叶片比叶面积频度分布的方差和峰度增加将降低生产力稳定性，表明植物群落功能性状分异增加将降低生态系统稳定性，但增加植物群落均匀度将有助于维持生态系统稳定。 植物功能性状频度分布特征参数分别解释了三个区域植被生产力11.76%、14.71、17.79%的空间变异，仅占模型总解释率的13.03%、15.20%和14.4%。于此同时，植物功能性状频度分布单独解释了三个区域生态系统稳定性23.19%、28.33%和27.49%的空间变异，分别占模型总解释率的37.90%、50.31%和57.86%。这些发现表明植物功能性状频度分布特征对生产力稳定性有比生产力更为强烈的调控作用。此外，植物功能性状频度分布特征对青藏高寒草地生态系统稳定性的影响弱于土壤、气候等非生物因素，但对内蒙古草地和中国荒漠生态系统稳定性有着主导性作用，表明植物功能性状频度分布对生态系统功能的稳定性在不同区域间可能存在差异。 综上所述，中国草地和荒漠生态系统植物功能性状频度分布对土壤、气候等因素有着显著响应，说明通过解析植物关键功能性状频度分布特征与环境因素的关联性将有助于我们提升草地和荒漠植物环境适应策略和群落构建过程，以及生态系统对气候变化的响应机制的认知水平。此外，我们研究还认为，中国草地和荒漠生态系统植物群落对气候变化的响应将受到其区域气候条件的调控。确定性过程的非生物过滤主导着中国荒漠和草地生态系统群落构建过程，导致植物群落功能性状趋同，从而产生聚集的功能性状频度分布格局。植物功能性状频度分布特征驱动着中国草地和荒漠植被生产力及其稳定性空间变异，但是植物功能性状频度分布特征对生态系统稳定性有着更强的调控作用，我们推测植物群落构建在提高生态系统功能和维持生态系统稳定间可能存在权衡。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 92 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/194166]  |
| 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 | 王健铭. 中国草地和荒漠植物功能性状频度分布特征及其与生态系统功能的关系[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. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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