高寒草甸植物多样性和生产力对长期氮添加的响应及水分调控作用
文献类型：学位论文
| 作者 | 彭金龙 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 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 | 牛书丽 |
| 关键词 | 氮添加 草地生态系统 植物多样性 生产力 气候变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 日益增强的大气氮沉降及其对陆地生态系统结构和功能的影响受到了人们的广泛关注，已经成为全球变化生态学中的研究焦点。其中，植物多样性和生 产力所受研究关注度最高。因为它们是生态系统的两个基础要素，彼此紧密联系，与人类生态福祉息息相关。过去几十年有关氮沉降如何影响植物多样性和生产力的认知己经得到了较好的发展，提出了一系列概念、假说和理论。然而，在评估和预测氮沉降的效应时仍存在较大的不确定性，主要因为植物多样性和 生产力对氮沉降的动态响应规律还知之甚少，特别是在时间尺度上。除了氮沉降本身引起的植物和土壤属性的变化之外，背景气候条件通常主导了植物多样性和生产力对氮沉降的响应，尤其是水分条件。然而，目前有关植物多样性和生产力对长期氮添加的响应及水分互作机制还知之甚少。针对如此，本研究以对全球变化十分敏感的青藏高原若尔盖高寒草甸生态系统为主要研究对象，通过长期野外氮添加实验，探究该生态系统植物多样性和生产力对长期氮添加的响应特征与机理，并分析实验期间自然发生的水分变化如何调控植物多样性和生产力的氮响应。同时，鉴于氮沉降时常伴随着极端降水事件同时发生，本研究进一步探究氮沉降对生产力的极端降水敏感性的影响与机制。最后，本研究还通过数据整合分析和遥感观测来对长期野外氮添加实验结果的普适性进行验证。本研究改善了氮沉降对植物多样性和生产力影响的认知，不仅为模拟和预测全球变化背景下生态系统结构和功能的变化提供了理论依据，还为生态系统可持续管理提供了理论基础。主要研究结果如下： （1）植物多样性随着氮输入量的增加呈下降趋势，主要驱动机制是土壤无机氮富集引起的光竞争排斥和土壤酸化导致的毒害作用。值得注意地是，植物多样性的下降趋势在更干旱的实验年份中更为明显，因为此时土壤无机氮富集的更多，引起了更严重的光竞争排斥效应。类似地，基于全球136个草地氮添加实验的数据整合分析结果也显示，在更干旱的生态系统中，氮添加倾向造成更多的植物物种丢失。上述发现挑战了著名的生态位维度假说，并强调干旱和半干旱地区的生物多样性保护值得更多关注，因为这些地区可能对氮沉降更为脆弱。 （2）随着氮输入量增加，具有高碳氮比的植物在群落中生长得更好且相对丰度更高，而具有低碳氮比的植物则面临灭绝的风险。主要原因是更高碳氮比的植物具有更高的氮利用效率和光获取能力，对资源的竞争能力更强。此外，本研究还发现碳氮比指示不同植物氮响应的能力较强（决定系数高达40%以上) 且对外界环境干扰具有一定的稳健性，说明该性状可以较好地用来预测氮沉降下植物群落组成的变化。 （3）氮添加通过减缓植物氮限制一致地促进了地上和地下生产力，而地上和地下生产力氮响应的水分依赖性却存在差异。在更干旱的实验年份中，氮添加对地下生产力的施肥效应变弱，主要因为此时土壤无机氮富集过多，抑制了植物地下生物量的分配。与地下生产力不同，氮添加对地上生产力的施肥效应没有随水分变化而变化，主要原因是水分对地上生产力的氮响应同时存在正、负调控途径，彼此之间的效应相互抵消。然而，长期野外氮添加实验观测到的水分对地上和地下生产力氮响应的不同调控作用没有得到基于全球20个草地氮添加实验的数据整合分析结果的支持，说明水分的调控作用可能在时间和空间尺度之间存在差异。 （4）随着氮输入量增加，极端干旱事件对生产力的抑制效应逐渐增强，而极端湿润事件对生产力的促进效应却没有变化。这主要因为氮添加增加了植物冠层高度且使植物群落中包含更多的干旱敏感性物种，降低了生态系统光合对水分胁迫的抵抗力。鉴于全球氮沉降预计持续上升，增强的降水变异性将对陆地碳汇造成更严重的负面效应，因为极端干旱事件造成的生产力损失将越来越难以被极端湿润事件带来的生产力收益所抵消。这也进一步被基于遥感观测数据的分析结果所支持。结果显示，生产力的极端干旱敏感性在更高氮沉降的草地生态系统中更高，而生产力的极端湿润敏感性却没有随氮沉降变化而变化。针对如此，在制定极端气候相关的生态保护和管理措施时，对氮沉降敏感的区域需要特别关注。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 114 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217240]  |
| 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 | 彭金龙. 高寒草甸植物多样性和生产力对长期氮添加的响应及水分调控作用[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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