氮素添加对青藏高原东缘高寒草甸植物群落花期物候和群落结构的影响

发布时间：2020-09-29 07:06

　　全球气候环境变化对陆地植物生态系统的影响愈来愈多的受到人们的关注。其中植物物候对气候环境变化的响应是当今生态学研究的热点问题之一。植物物候及其发生的变化是多个环境因子综合影响的结果。群落中植物之间物候上的差异对群落的构建有重要的作用。氮素是陆地生态系统植物生长的主要限制性因子,但是在全球变化背景下氮素输入陆地生态系统的方式和数量都发生了变化,这引起了氮素在陆地生态系统中的富集。草地生态系统是陆地生态系统重要的组成部分,长期以来关于氮素营养对草地植物群落影响的研究大多集中在群落生产力和多样性以及群落结构的变化等方面。近年来的研究表明,草地群落中氮素的增加会引起植物物候的变化,尤其是植物花期物候的变化。由于全球环境变化对草地植物群落的影响日益明显,有关草地植物物候的研究受到了广泛的关注。但大多数草地植物物候的研究集中在低海拔地区进行,而在海拔高、气候寒冷、生态系统敏感和脆弱的青藏高原高寒草甸开展的研究较少。高寒草甸植物群落通常被短暂的生长季节和严酷的自然环境所限制,这使得高寒草甸植物更容易受到环境变化的影响。本研究以青藏高原东缘兰州大学高寒草甸与湿地生态系统定位研究站—玛曲县(阿孜)实验点的天然草甸为研究对象。我们设置了三个氮素添加梯度(对照处理CK、低氮添加处理LN,高氮添加处理HN),从2009年到2011年,进行了为期三年的氮素添加实验。通过对不同氮素添加处理下的植物群落物候的定点定时观测以及对群落中常见组分种功能性状的测定,研究了氮素添加对青藏高原东缘高寒草甸植物群落花期物候、植物性状和植物群落结构的影响。我们得出了如下的结果： 1.我们在研究区的自然对照群落中,2009年观测到58个物种开花,2010年观测到51个物种开花,2011年观测到55个物种开花。2009,2010,2011年群落中物种的开花序列分布表明,高寒草甸植物群落中物种的花期物候从每年的4月下旬开始至9月下旬结束,群落中各物种的始花时间、开花峰值期及花期持续期不同； 2.高寒草甸植物群落中不同氮素添加处理下植物的始花时间(first flowering date FFD)和开花持续时间(flowering duration date, FDD)成负相关。不同氮素添加处理之间群落的始花期和开花持续期之间没有差异,氮素添加对群落中物种的始花时间和开花持续期的负相关关系没有影响； 3.2010年群落中38个常见组分种,2011年34个常见组分种的始花期对氮素添加的响应显示,禾草类植物和双子叶杂草类植物对氮素添加的响应不同,禾草类植物的始花期推迟,而大多数双子叶植物的始花期提前。氮素添加处理中,这些常见组分种在科间的始花期变化表现为豆科始花期无变化；禾本科、莎草科、菊科的始花期推迟；毛莨科、龙胆科、玄参科的始花期提前； 4.高寒草甸植物群落中常见组分种的始花期和繁殖分配对氮素添加的响应显示,始花期和繁殖分配对氮添加的响应,不论是从响应方向上还是响应程度上都不同。禾草类物种的始花期推迟,繁殖分配下降,而大多数双子叶杂草始花期提前,繁殖分配增加； 5.高寒草甸植物群落中主要组分种的始花期和繁殖分配对氮素添加的响应变化显示,始花期提前的物种繁殖分配趋向于增大,始花期推迟的物种繁殖分配趋向于减小,氮素添加后群落中植物的始花期变化和繁殖分配变化之间成显著的正相关； 6.群落中植物的花期植株高度和茎分配与开花峰值期在不同的氮素添加处理中成正相关；叶分配与开花峰值期成负相关。在氮素处理中开花峰值期和花期植株高度、茎分配,叶分配的相关程度增加； 7.通过非度量多维尺度分析(NMDS)排序显示,对照、低氮和高氮群落之间的相似性逐渐降低,随着氮素添加量的增加,群落花期物候和群落物种组成的变化越剧烈。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2013
【中图分类】：S812
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章前言
    1 植物群落物种共存理论
        1.1 群落物种共存理论概述
        1.2 生态位与物种共存
        1.3 植物性状与物种共存
    2 氮素添加对植物群落的影响
        2.1 氮素进入陆地生态系统的方式
        2.2 植物群落对氮素添加的响应
    3 物候研究的生态学意义
        3.1 物候概述
        3.2 气候变化背景下植物物候的研究
        3.3 植物物候对环境变化的响应
            3.3.1 影响植物物候的因素
                3.3.1.1 非生物因素对植物物候的影响
                3.3.1.2 生物因素对植物物候的影响
            3.3.2 植物物候对不同环境因子变化的响应
                3.3.2.1 植物物候对温度升高的响应
                3.3.2.2 植物物候对降水的响应
2）浓度升高的响应'>                3.3.2.3 植物物候对大气二氧化碳（CO₂）浓度升高的响应
                3.3.2.4 植物物候对陆地生态系统氮素富集的响应
        3.4 草地群落物候研究目的的意义
第二章材料与方法
    1 实验设计
        1.1 实验点概况
        1.2 样区布置
    2 物候观测以及植物个体和群落特性的测定
    2.1 物候观测
        2.2 植物个体性状的测定
        2.3 群落结构调查
    3 数据分析
        3.1 植物花期的计算方法
        3.2 物种始花期对氮素添加的响应
        3.3 物种生物量分配对氮素添加的响应
        3.4 氮素添加对群落多样性和群落性状的影响
第三章结果与分析
    3.1 青藏高原东缘高寒草甸植物群落种间花期分布
    3.2 开花时间与开花持续时间的关系
    3.3 氮素添加对主要组分种始花期和植株高度的影响
    3.4 氮素添加对主要组分种始花期和繁殖分配的影响
    3.5 花期物候和植物功能性状对氮素添加的响应
        3.5.1 开花峰值期与植株高度
        3.5.2 开花峰值期与茎分配
        3.5.3 开花峰值期与叶分配
        3.5.4 繁殖分配和始花期对氮素添加响应的关系
    3.6 氮素添加对群落性状和群落结构的影响
        3.6.1 氮素添加对群落高度和比叶面积（SLA）的影响
        3.6.2 氮素添加对物种多样性的影响
        3.6.3 氮素添加对不同功能群生物量的影响
        3.6.4 氮素添加对群落花期物候和群落结构的影响
第四章讨论
    4.1 高寒草甸植物群落种间花期物候分布
    4.2 氮素添加对植物始花期和花期植株高度的影响
    4.3 氮素添加对植物始花期和繁殖分配的影响
    4.4 始花期和繁殖分配对氮素添加响应变化的关系
    4.5 花期物候和植物功能性状对氮素添加的响应关系
    4.6 氮素添加对群落性状和群落结构的影响
第五章结论
附表
参考文献
在学期间的研究成果
致谢

【参考文献】