藏北高原降水梯度草地群落稳定性及其干旱敏感性对氮添加的响应机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 侯阁 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 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 | 石培礼 ; 宗宁 |
| 关键词 | 生物多样性 植物功能性状 群落稳定性 干旱敏感性 氮添加 藏北高原 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 在全球气候环境变化等因素的驱动下，生物多样性降低不断加剧，生态系统功能也随之受到了严重的威胁。在此背景下，生态系统稳定与否是其维持自身功能和提供服务的关键。生物多样性对生态系统功能的维持起到关键的支撑作用，但是生物多样性-稳定性关系一直存在很大的争议。尽管已有大量研究证明生物多样性对生态系统稳定性的作用，但是这些结果主要集中在一种草地类型的单点研究，且出现一些互相矛盾的结果，缺乏相同试验设计下不同类型草地的对比分析，尤其是环境梯度下生物多样性-稳定性空间格局以及不同类型草地稳定性的主导调控机制很少被关注。由于环境梯度下不同类型草地群落组成的差异，群落稳定性对氮添加的响应机制也可能不同；同时，原始群落组成、植物功能性状以及对氮添加响应的差异可能会影响不同草地群落稳定性，以及对干旱事件的敏感性，进一步引起群落结构和功能的改变。 为此，本研究依托课题组在藏北高原降水梯度带上建立的长期（试验期限为2013-2021年，共5个氮添加水平，即0、2.5、5、10、20g N m-2 yr-1）氮添加实验平台开展。研究分以下几个层次：首先分析自然状态下4种类型高寒草地（高寒草甸，高寒草甸草原，高寒草原以及高寒荒漠草原）的生物多样性-稳定性空间格局以及主导机制；其次结合植物叶片“快-慢”功能性状，分析了不同氮添加水平下不同类型高寒草地群落稳定性的响应特征以及驱动机制的差异性；再次，结合植物根系“快-慢”功能性状的群落功能组成特征，阐明了不同氮添加水平下不同类型高寒草地群落对干旱事件的敏感性以及响应机制；最后，以高寒草甸的两次自然干旱胁迫为例，分析了氮的累积效应下高寒草地群落对干旱事件的抵抗力、弹性以及稳定性的差异性，阐明了不同干旱胁迫阶段驱动机制的变化规律。以期探明藏北高原草地群落生物多样性-稳定性空间格局，以及对全球变化的响应机制的内在机理，为理解和预测未来青藏高原草地生态系统的动态、应对环境变化和适应性管理提供理论依据。主要研究结论如下： （1） 自然状态下随着降雨量的降低，藏北高原物种丰富度从东至西呈现递减趋势，高寒草甸和高寒荒漠草原群落物种优势度却显著高于其他2种类型草地，而高寒草甸的地上生产力的时间稳定性显著高于其他3种类型的高寒草地。相关性分析结果表明，群落时间稳定性只与优势种稳定性以及物种异步性呈现显著的正相关关系，而与物种丰富度无显著相关性。此外，藏北高原群落优势种主要通过促进群落选择效应（优势种稳定性）和补偿效应（物种异步性）来控制群落的稳定性。研究结果证明了优势种在维持群落稳定性的决定性作用。我们的结果支持“质量比”假说，而物种丰富度和群落稳定性无显著的相关关系不支持物种多样性促进稳定性假说。 （2） 氮添加通过降低群落优势种稳定性以及物种异步性降低藏北高原草地群落稳定性，但高氮（20g N m-2 yr-1）添加水平下仅增加了高寒草原群落稳定性；线性混合效应模型的结果表明，藏北高原高寒草甸和高寒荒漠草原优势种稳定性对群落稳定性起到显著的主导作用，而中部草地高寒草甸草原与高寒草原物种异步性起到了显著的主导作用。基于植物叶片“快-慢”功能性状分析发现，藏北高原东部高寒草甸与高寒草甸草原群落稳定性机制主要由叶片干物质含量的功能组成驱动，而在西部高寒草原和高寒荒漠草原由叶片比叶面积的功能组成驱动。这表明在维持群落稳定性过程中，藏北高原较湿润的草地群落保守型物种更重要，而较干旱的草地群落获取型物种更重要。此外，群落叶片“快-慢”功能性状的群落加权均值与群落的优势种稳定性（选择效应）呈显著的正相关关系，这表明藏北高原群落功能组成能够更好地解释群落稳定性的变化。 （3） 氮添加通过降低藏北高原东部草地（高寒草甸和高寒草甸草原）群落干旱抵抗力以及增加了干旱弹性，进而增加了其干旱敏感性，而对西部草地干旱敏感性无显著影响作用。相对重要性分析结果表明，物种异步性对东部草地（高寒草甸、高寒草甸草原以及高寒草原）的干旱抵抗力起到显著的主导作用，而高寒荒漠草原则由优势种稳定性主导。而干旱前生物量决定了高寒草甸和高寒草原群落干旱弹性，而物种异步性决定了高寒草甸草原和高寒荒漠草原群落干旱弹性。结构方程模型结果表明，氮添加通过降低群落优势种稳定性和物种异步性降低了群落干旱抵抗力，而干旱前较高的生物量能提高群落的干旱弹性，最终导致干旱敏感性的增加。此外，群落“快-慢”根系功能性状的群落加权均值促进了群落的优势种稳定性，而群落功能多样性抑制了群落物种异步性。 （4） 不同氮添加水平下高寒草甸群落对2次不同强度的自然干旱胁迫的结果表明，氮添加没有改变物种丰富度，显著降低了物种异步性和优势度。群落稳定性与物种异步性和优势度显著正相关关系，但与物种丰富度无关。群落干旱抵抗力与稳定性呈显著正相关，干旱抵抗力更依赖于物种异步性和干旱前生物量。此外，尽管第二次干旱胁迫（2019，SDS）比第一次（2015，FDS）程度轻，但对SDS的干旱抵抗力显著降低，表明氮添加具有累积效应。在FDS期间，物种异步性主导了干旱抵抗力和群落稳定性，而在SDS期间干旱前生物量主导了群落干旱抵抗力。这些结果表明，随着时间的推移，氮添加的累积效应对物种异步性和干旱前生物量产生相反的影响，降低干旱抵抗力的同时增加干旱敏感性。 综上所述，本研究阐明了藏北高原生物多样性-稳定性的空间格局以及主导机制，探究了不同氮添加水平下不同类型草地群落稳定性以及干旱敏感性的响应模式和驱动机制，基于植物“快-慢”功能性状揭示了群落稳定性机制以及干旱敏感性的内在机理，阐明了氮添加的时间累积效应对群落稳定性与干旱抵抗力的调控机制。研究结果可为青藏高原草地生态系统如何响应气候变化提供科学的理论依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 135 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199838]  |
| 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 | 侯阁. 藏北高原降水梯度草地群落稳定性及其干旱敏感性对氮添加的响应机制[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。