松嫩草地生态系统碳交换对模拟干旱的响应及适应机制

发布时间：2017-12-09 15:24

  本文关键词：松嫩草地生态系统碳交换对模拟干旱的响应及适应机制

  更多相关文章： 草甸草原 降雨变化 氮沉降 极端干旱 生态系统碳交换

【摘要】：随着科技的进步,人类活动对环境的影响日益严重。人类活动导致的全球变暖显著改变全球降雨格局,气候模型预测未来北半球中纬度地区降雨量呈显著增加趋势。另外,化石燃料燃烧及氮肥使用加剧也使得北半球中纬度地区氮沉降速率逐渐增加。氮沉降及降水增加均可能显著改变生态系统结构,进而影响生态系统功能对极端气候事件(如干旱)的抵抗能力及恢复能力。然而,关于长期气候变化因子与短期剧烈扰动共同作用下生态系统结构和功能响应及维持机制研究十分欠缺。由此,本研究在连续三年模拟降雨及氮沉降增加的羊草草甸草原,增加模拟极端干旱处理,通过测量土壤理化性质、羊草群落组成和生物量、优势种叶片光合生理特性、生态系统碳水交换等指标,从多个角度探讨不同处理下羊草群落生态系统碳交换对极端干旱事件的敏感性及其响应和适应机制。研究取得的主要结果如下:(1)长期施氮(N)、施氮增雨处理(WN)显著增加了优势种羊草的高度、盖度和密度,增雨处理(W)作用效果不显著。N、W、WN样地羊草群落物种多样性显著低于对照处理(CK)样地。(2)N及WN样地地上生物量显著高于CK样地,单独增雨处理对生物量增加作用不显著。施氮、施氮增雨处理增加了羊草群落的叶面积指数和植被水分含量。N、WN及W样地羊草群落植被的根冠比显著降低,N和WN样地根冠比降低主要归因于地上生物量增加显著大于地下生物量,W样地根冠比降低则主要受地下生物量减少影响。(3)施氮和施氮增雨处理导致叶片氮含量增加,进而也提高了羊草单位叶片光合能力和叶片水平瞬时水分利用效率。N和WN样地叶片光合对干旱的敏感性显著高于CK样地。(4)与对照样地比较,施氮和施氮增雨导致总生态系统生产(GEP)和生态系统呼吸(ER)的显著升高,但对GEP促进作用显著高于ER,最终导致净生态系统CO2交换(NEE)显著升高。干旱期间,NEE随着土壤含水量的减少而逐渐降低,施氮样地降低程度和速率均显著高于对照样地,表明施氮和增雨增加了生态系统碳交换的干旱敏感性。干旱复水期,生态系统呼吸速率基本保持不变,表明羊草草甸草原在面临水分胁迫时首先通过关闭气孔、降低光合碳固定来减少水分散失,保证足够叶片维持正常呼吸代谢,以备干旱胁迫解除后迅速恢复光合碳固定能力。(5)施氮增雨样地生态系统碳交换敏感性增大的潜在因素可能有:长期资源丰富条件导致的物种多样性减少及与之相关的补偿效应丧失;施氮导致的生物量增加,叶面积指数增大,加速了水分的耗散速率;增雨施氮导致的植被根冠比降低,限制了群落从深层次土壤获取更多水分的能力。总之,施氮及增雨改变了羊草群落植被多样性指数、总生物量积累及地上地下分配,这些改变进而影响了草甸草原生态系统对极端干旱的敏感性,最终影响生态系统生产力形成和生态系统功能的发挥。本研究从个体和群落水平揭示了羊草草甸草原对干旱的响应和适应策略,为未来多重全球变化因子共同作用下草地的优化管理提供了科学依据。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S812

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本文编号：1270896