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在全球气候变暖的背景下，多年冻土热状态也随之发生变化。多年冻土热状况的变化将对表层土壤组成、结构和植被群落构成及其生理特性产生影响，进而影响到高寒生态系统的稳定与演替。而表层植被及土壤的变化又反作用于下伏多年冻土，引起多年冻土发生相应的转变。因此，研究冻土-植被-土壤之间的关系对于揭示寒区生态系统的发展趋势具有重要科学意义。本文以祁连山大通河源区为研究区域，以建立多年冻土特征指标与生态特征指标之间的关系为研究目的，借助于不同地形、不同植被覆盖区布设的监测断面的冻土地温和相关区域采样分析获取的植被（物种多样性、覆盖度和地上生物量）、土壤(土壤含水量、有机质、全氮、全磷、全钾及pH)等数据资料，采用数理统计的研究方法，在宏观分析研究区多年冻土环境分布格局的基础上，尝试提出了冻土地温时空替代方法，通过分析植被和土壤特征沿冻土地温梯度带的变化来探讨高寒生态系统与冻土的关系，进而预测冻土地温升高0.5℃的情境下高寒生态系统的潜在演替方向。
主要结论如下:
(1)以多年冻土地温模型计算结果为基础，以0.5℃为间隔将冻土地温由低至高划分9个地温带，分别定名为A带(≤-3℃)，B带(-3～-2.5℃)，C带(-2.5～-2℃)，D带(-2～-1.5℃)，E带(-1.5～1℃)，F带（-1～-0.5℃），G带(-0.5～0℃)，H带(0～0.5℃)和I带(≥0.5℃）。同时，参考多年冻土稳定性的分类标准，将上述地温带分为低温稳定型多年冻土（A带）、低温亚稳定型多年冻土(B、C带），中温亚稳定型多年冻土（D带），中温过渡型多年冻土（E带），高温过渡型多年冻土（F带），极高温不稳定型多年冻土（G、H带），季节冻土（I带）。两种分类方案为本论文的数据分析奠定了基础。
(2)基于木里、江仓和柴达尔各剖面的植被、土壤和冻土地温资料，从横纵方向得到了研究区多年冻土环境空间分布格局。在纵向上，宏观上形成了从上段木里区域的低温亚稳定型冻土经中段江仓区域的高温过渡型冻土至下段柴达尔区域的极高温不稳定型冻土的空间分布格局。受冻土热状态变化的影响，表层土壤的水分和养分发生相应的变化，进而导致地表植被类型发生了从高寒沼泽草甸为主导经高寒草甸-高寒沼泽草甸到高寒草甸为主导的空间变化，覆盖度和地上生物量在江仓剖面达到最大值。在横向上，相比于两侧的山地和冲洪积扇平原，河漫滩地的冻土地温、物种多样性指数、覆盖度、地上生物量、土壤含水量、有机质、全氮和全磷值相对较高，而全钾和pH的值相对较小。
(3)分析了不同地温带的高寒生态系统特征沿冻土地温梯度带的空间变化，研究结果表明:高寒生态系统随冻土地温的升高具有明显的非线性阈值特征。在稳定型多年冻土向亚稳定型多年冻土转换过程中（A带-D带），随着冻土地温的升高，土壤微生物代谢活动性增强，分解速率不断增大，主要植被类型发生了高山稀疏植被-高寒草甸-高寒沼泽草甸的空间变化，物种多样性指数呈先上升后降低趋势，地上生物量、覆盖度、土壤含水量、有机质、全氮和全磷均呈增加趋势，且在中温亚稳定型多年冻土区（D带）达到最大值，而全钾和pH呈降低趋势;从过渡型多年冻土区向季节冻土区转化过程中（E带-I带），随着冻土的持续升温，土壤微生物代谢活动性减弱和分解速率的下降，主要植被类型由高寒沼泽草甸转化为高寒草甸，且高寒沼泽草甸在季节冻土区消失，地上生物量、土壤含水量、有机质、全氮和全磷均表现为下降趋势，物种多样性指数、全钾和pH呈升高趋势，覆盖度差异不明显。
(4)针对高寒沼泽草甸和高寒草甸两种生态系统，分别分析了各高寒生态系统沿冻土地温梯度的变化，结果表明:除全磷外，高寒沼泽草甸和高寒草甸的土壤特征随冻土地温的升高具有相同的变化趋势，含水量、有机质、全氮具有先升高后降低的变化趋势，而全钾和pH具有相反的变化趋势，且两者的差值在E带较小。而两者的植被特征随冻土地温梯度的变化，具有不同的空间分布特征。对于高寒沼泽草甸，物种多样性呈先降低后上升的变化趋势，而地上生物量和覆盖度呈先上升后降低的变化趋势;对于高寒草甸，从低温亚稳定型多年冻土向中温过渡型多年冻土转化过程中(B带-E带），随着冻土地温的升高，物种多样性、覆盖度均呈增加趋势，地上生物量差异不明显;从中温的过渡型多年冻土向季节冻土演化过程中（E带-I带），物种多样性指数、地上生物量、均呈增加趋势，而覆盖度差异不明显。
(5)在冻土地温升高0.5℃的情景下，预测了研究区生物群落发生演替的方向。对于温度较低的稳定型和亚稳定型多年冻土来说，植被类型从旱生植被（高山稀疏植被）向中湿生植被（高寒草甸和高寒沼泽草甸）演化，物种多样性指数，覆盖度，地上生物量，土壤含水量、有机质、全氮、全磷均呈上升趋势，生物群落演替方向为进展演替，有利于生态系统的发展;对于高温过渡型和极高温不稳定型多年冻土来说，植被类型从中湿生植被（高寒草甸和高寒沼泽草甸）向中旱生植被（高寒草甸和高寒灌丛）演化，物种多样性指数呈上升趋势，覆盖度，地上生物量，土壤含水量、有机质、全氮、全磷均呈降低趋势，因而多年冻土环境在向多年冻土边缘转变过程中演替方向为逆行演替，不利于生态系统的发展。
通过本文的研究表明，在本研究区域，冻土指标和生态系统特征指标之间可以尝试建立宏观背景下的潜在关系，这种关系可望为研究多年冻土退化过程中寒区生态系统的演替提供较好的科学依据和指导，同时为今后进一步开展生态系统变化的机理研究、以及冻土与生态系统互馈机制的研究奠定了基础。