气温变化对高寒草甸生态系统碳氮动态的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 李娜 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王根绪 |
| 关键词 | 模拟增温 高寒草甸 群落结构 生物量 分配 土壤呼吸 源汇效应 青藏高原 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 本世纪末地球地表温度将会升高1．8-4．0℃，在高纬度和高海拔地区温度升高幅度将会更大。同时，在高原和高山极端环境影响下所形成的高寒草甸生态系统极其脆弱，对人类干扰和由于温室效应引起的全球气候变化极其敏感。青藏高原地处"世界屋脊"，被认为是全球气候变化的敏感区。青藏高原陆地生态系统脆弱的生态环境与频繁的人类活动使之较其他陆地生态系统对全球气候与环境变化的响应更为迅速。为揭示高寒生态系统应对气候变暖的响应机制，在全球生态学、土壤学、生态学、植物生理生态学研究的基础上，本研究以青藏高原腹地的风火山地区典型高寒草甸和沼泽草甸植物群落及其主要物种为研究对象，采用国际山地综合研究中心(ITEX)普遍所采用的增温方法--开项式生长室(OTC)模拟气候变暖来研究增温对高寒草甸和沼泽草甸植物群落结构、功能、整个生态系统碳、氮物质分配及其主要物种生长和生理的影响，探讨了高寒草甸和沼泽草甸响应与适应气候变暖的生物学和生态学机制，进一步评估了气候变暖对我国青藏高原对乃至整个陆地生态系统的碳氮源汇贡献，为完善碳氮循环的动态平衡机制等提供了可靠的数据支持。本研究中采用OTC进行模拟增温，在植物生长季，沼泽草甸的月平均气温分别比对照升高了2．98℃(OTC1)和5．52℃(OTC2)，高寒草甸的月平均气温分别比对照升高了2．59°C(OTC1)和5．16℃(OTC2)，温室内由于热量条件改善，土壤蒸发和植物蒸腾作用增强，直接导致了OTC内土壤含水量的减少，且大幅度增温的OTC2内土壤含水量减少更多。基于模拟气温变化，本论文得到的研究成果如下：1．由于增温时间较短，OTC内外样地的物种组成并未发生大的变化，但增温后土壤温湿度的变化一定程度上改变了植物群落的小气候环境，从而导致物种间的竞争关系被破坏，使两种草甸的优势物种(小嵩草和藏嵩草)重要值均增加。两利草甸总盖度均增加，莎草和禾草与杂草的分盖度呈现相反的变化趋势。温度升高使高寒草甸群落的物种丰富度指数明显降低，对沼泽草甸影响不显著。两种草甸OTC内的物种多样性(Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数)均低于对照样地内。2．与对照样地相比，增温使两种草甸内立枯和凋落物的生物量在生长季末都减少。在对照样地内，两种草甸的总生物量均在植物生长旺盛季达最大，高寒草甸和沼泽草甸分别为2．59 kg m~（-2）和24．32 kg m~（-2）。模拟增温处理后，两种草甸总生物量均显著增加，地下生物量分配格局发生相应变化，高寒草甸内地下生物量显著增加的同时更趋于向深层的根系层转移，而沼泽草甸两个根系层生物量均增加。3．与对照样地相比，气温升高使沼泽草甸的植物群落有机碳库和全氮库均显著增加，OTC2的大幅度增温处理群落碳氮库略小于OTC1处理；气温升高使高寒草甸的植物群落有机碳库和全氮库在OTC1内增加，但在OTC2内显著减少。4．温度升高促进了植物群落的生长和发育，矮嵩草、风毛菊的株高、基径、叶长、相对含水量都高于对照样地，藏嵩草和矮嵩草的株高和相对含水量均低于对照样地；凤毛菊、藏嵩草和矮嵩草的地上、地下生物量均显著增加，且OTC2的大幅度增温处理使生物量增加更明显。小嵩草的地上生物量减少，但茎和根部的生物量增加：小嵩草和藏嵩草各个组分(根、茎、叶)的有机碳和全氮含量均增加；凤毛菊叶片中的有机碳和全氮含量减少，茎部的有机碳含量增加，全氮含量减少，根部的有机碳和全氮含量均增加；矮嵩草的有机碳和全氮含量都减少。5．青藏高原生长季节沼泽草甸和高寒草甸土壤呼吸速率均呈明显的单峰日变化动态。生长季不同物候期的土壤呼吸速率依次为：草生长旺盛期(7－8月)>枯黄期(9月)>返青期(5－月)。增温处理后，土壤呼吸速率随温度的增加而增加，OTC2的大幅度增温处理使得土壤呼吸作用进一步增强。6．两种草甸的对照样地内，生态系统总有机碳库和全氮库呈明显的季节性变化，在植物生长初期最低，生长旺盛期均达到最大，在生长末期又逐渐减少。 OTC1增温使高寒草甸生长初期表现为碳氮的汇：在生长旺盛期和枯黄期渐转变为碳氮的源；OTC2的大幅度增温与OTC1内的源汇过程相一致，但程度有所削弱。OTC1的增温使沼泽草甸在生长初期表现为碳、氮的源，在生长旺盛期和枯黄期表现为碳氮的汇，OTC2的大幅度增温处理比OTC1内的源汇效应更显著。 |
| 英文摘要 | 本世纪末地球地表温度将会升高1．8-4．0℃，在高纬度和高海拔地区温度升高幅度将会更大。同时，在高原和高山极端环境影响下所形成的高寒草甸生态系统极其脆弱，对人类干扰和由于温室效应引起的全球气候变化极其敏感。青藏高原地处"世界屋脊"，被认为是全球气候变化的敏感区。青藏高原陆地生态系统脆弱的生态环境与频繁的人类活动使之较其他陆地生态系统对全球气候与环境变化的响应更为迅速。为揭示高寒生态系统应对气候变暖的响应机制，在全球生态学、土壤学、生态学、植物生理生态学研究的基础上，本研究以青藏高原腹地的风火山地区典型高寒草甸和沼泽草甸植物群落及其主要物种为研究对象，采用国际山地综合研究中心(ITEX)普遍所采用的增温方法--开项式生长室(OTC)模拟气候变暖来研究增温对高寒草甸和沼泽草甸植物群落结构、功能、整个生态系统碳、氮物质分配及其主要物种生长和生理的影响，探讨了高寒草甸和沼泽草甸响应与适应气候变暖的生物学和生态学机制，进一步评估了气候变暖对我国青藏高原对乃至整个陆地生态系统的碳氮源汇贡献，为完善碳氮循环的动态平衡机制等提供了可靠的数据支持。本研究中采用OTC进行模拟增温，在植物生长季，沼泽草甸的月平均气温分别比对照升高了2．98℃(OTC1)和5．52℃(OTC2)，高寒草甸的月平均气温分别比对照升高了2．59°C(OTC1)和5．16℃(OTC2)，温室内由于热量条件改善，土壤蒸发和植物蒸腾作用增强，直接导致了OTC内土壤含水量的减少，且大幅度增温的OTC2内土壤含水量减少更多。基于模拟气温变化，本论文得到的研究成果如下：1．由于增温时间较短，OTC内外样地的物种组成并未发生大的变化，但增温后土壤温湿度的变化一定程度上改变了植物群落的小气候环境，从而导致物种间的竞争关系被破坏，使两种草甸的优势物种(小嵩草和藏嵩草)重要值均增加。两利草甸总盖度均增加，莎草和禾草与杂草的分盖度呈现相反的变化趋势。温度升高使高寒草甸群落的物种丰富度指数明显降低，对沼泽草甸影响不显著。两种草甸OTC内的物种多样性(Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数)均低于对照样地内。2．与对照样地相比，增温使两种草甸内立枯和凋落物的生物量在生长季末都减少。在对照样地内，两种草甸的总生物量均在植物生长旺盛季达最大，高寒草甸和沼泽草甸分别为2．59 kg m~（-2）和24．32 kg m~（-2）。模拟增温处理后，两种草甸总生物量均显著增加，地下生物量分配格局发生相应变化，高寒草甸内地下生物量显著增加的同时更趋于向深层的根系层转移，而沼泽草甸两个根系层生物量均增加。3．与对照样地相比，气温升高使沼泽草甸的植物群落有机碳库和全氮库均显著增加，OTC2的大幅度增温处理群落碳氮库略小于OTC1处理；气温升高使高寒草甸的植物群落有机碳库和全氮库在OTC1内增加，但在OTC2内显著减少。4．温度升高促进了植物群落的生长和发育，矮嵩草、风毛菊的株高、基径、叶长、相对含水量都高于对照样地，藏嵩草和矮嵩草的株高和相对含水量均低于对照样地；凤毛菊、藏嵩草和矮嵩草的地上、地下生物量均显著增加，且OTC2的大幅度增温处理使生物量增加更明显。小嵩草的地上生物量减少，但茎和根部的生物量增加：小嵩草和藏嵩草各个组分(根、茎、叶)的有机碳和全氮含量均增加；凤毛菊叶片中的有机碳和全氮含量减少，茎部的有机碳含量增加，全氮含量减少，根部的有机碳和全氮含量均增加；矮嵩草的有机碳和全氮含量都减少。5．青藏高原生长季节沼泽草甸和高寒草甸土壤呼吸速率均呈明显的单峰日变化动态。生长季不同物候期的土壤呼吸速率依次为：草生长旺盛期(7－8月)>枯黄期(9月)>返青期(5－月)。增温处理后，土壤呼吸速率随温度的增加而增加，OTC2的大幅度增温处理使得土壤呼吸作用进一步增强。6．两种草甸的对照样地内，生态系统总有机碳库和全氮库呈明显的季节性变化，在植物生长初期最低，生长旺盛期均达到最大，在生长末期又逐渐减少。 OTC1增温使高寒草甸生长初期表现为碳氮的汇：在生长旺盛期和枯黄期渐转变为碳氮的源；OTC2的大幅度增温与OTC1内的源汇过程相一致，但程度有所削弱。OTC1的增温使沼泽草甸在生长初期表现为碳、氮的源，在生长旺盛期和枯黄期表现为碳氮的汇，OTC2的大幅度增温处理比OTC1内的源汇效应更显著。 |
| 公开日期 | 2013-02-07 |
| 源URL | [http://192.168.143.20:8080/handle/131551/4915]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李娜. 气温变化对高寒草甸生态系统碳氮动态的影响[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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