【摘 要】
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高寒草甸是高寒地区特有的植被类型,对于高寒地区水土保持、土壤修复、畜牧业发展以及生态系统的服务功能具有至关重要的作用,而冻融循环是高寒地区冻土生态系统所特有的一种生境,影响着高寒草甸的生长、生存。随着气候变暖影响的不断深入,冰川融化、冻土退化,冻融循环特征也在发生着显著的改变,而这一系列的改变势必会影响到高寒草甸的生长,因此气候变化下冻融特性演变规律、冻融特性改变对高寒草甸生长影响机理以及应对策略
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高寒草甸是高寒地区特有的植被类型,对于高寒地区水土保持、土壤修复、畜牧业发展以及生态系统的服务功能具有至关重要的作用,而冻融循环是高寒地区冻土生态系统所特有的一种生境,影响着高寒草甸的生长、生存。随着气候变暖影响的不断深入,冰川融化、冻土退化,冻融循环特征也在发生着显著的改变,而这一系列的改变势必会影响到高寒草甸的生长,因此气候变化下冻融特性演变规律、冻融特性改变对高寒草甸生长影响机理以及应对策略一直备受关注。本文以青藏高原那曲流域为例,开展了监测站点布设、样品采集与测量、生物量的测量、根系生态监测四项实验内容,收获并整理了土壤温湿度、土壤化学性质、土壤微生物组成及结构、高寒草甸地上地下生物量以及根系分布数据,从高寒草甸自身以及土壤性质方面考虑,拟探究较为完整的冻融循环对那曲流域高寒草甸影响机理。同时,结合气候变暖的影响,分析那曲流域冻融循环变化趋势,探究那曲流域高寒草甸演变规律,并具有针对性地提出切实可行的应对策略。主要成果如下:(1)构建了高寒地区冻融事件的评价指标。基于求比值的方法,建立了冻融循环频率指标(FTCT)。那曲流域表层土壤冻融循环表现出高频(FTCT>1.0)和低频(FTCT<1.0)两种模式。以班戈大桥为分界线,班戈大桥以北多为低频模式,以南多为高频模式。且随着气候变暖影响的深入,低频模式有着逐渐向高频模式转变的趋势。(2)分析了冻融模式对高寒草甸生物量和根系分布特征的影响规律。冻融循环频率增加,导致慢生根瘤菌属丰度降低2.85%,中慢生根瘤菌属丰度降低54.03%,假单胞菌属丰度降低81.13%,芽孢杆菌属丰度增加6.5倍,削弱高寒草甸共生固氮能力和抗病能力,各层土壤中的水分和养分含量显著减少,高寒草甸地上生物量减少35.89%,地下生物量减少22.74%,根系分布范围由0-40cm缩小至0-20cm,0-0.5mm直径细根含量增加、比重增大。(3)识别了冻融模式对高寒草甸生长的影响机制。随着冻融循环频率的增加,高寒草甸根系自身受到的伤害增大,杀死更多的慢生根瘤菌属、中慢生根瘤菌属、假单胞菌属等根系促生菌,显著降低高寒草甸的共生固氮能力和抗病能力,加速土壤养分的流失和冻结过程,增加对土壤结构的破坏,显著减少土壤中水分和养分的含量。在这一系列影响的综合作用下,最终导致那曲流域高寒草甸生物量减少,高寒草甸生长、生存受到威胁。低频模式下,土壤水分含量由表层向深层逐渐增多,随着冻融循环频率的增加,土壤水分含量变为表层(0-20 cm)和深层(40-60 cm)水分含量较高、中层(20-40 cm)的水分含量较低,那曲流域高寒草甸为了吸收更多的水分,根系分布范围由0-40 cm变为0-20 cm,生长模式由纵向延伸转变为横向发散;且冻融循环频率增加,各层土壤水分和养分含量均显著降低,高寒草甸0-0.5 mm直径的细根含量增加,以提高对土壤中水分和养分的吸收。(4)提出了冻融循环影响下高寒草甸的应对措施。为了保护高寒草甸的生长,需要高效利用冰川冻土退化所带来的水分,合理添加氮肥和钾肥,调节播种的方式方法和次数,提高高寒草甸植被覆盖度,挑选根系直径较小或者细根所占比例较大的植被进行播种。本次研究有助于明晰冻融循环对高寒草甸生长的直接和间接影响机理,为研究冻土生态系统对气候变化的响应提供可参考的研究方向及理论支撑,也对高寒地区生态文明建设具有一定的理论和实践价值。
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