高山草地植物群落对气候变化的响应研究

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在过去的100年地球增温大约0.74℃,预测到2100年全球平均温度将再增加4.3±0.7℃。高山生态系统由于短距离栖息地限制和短距离决定植物生命关键环境因子改变等特点,易受气候变化影响。高山生态系统无论就蕴含的生物多样性而言,还是提供的生态系统服务,均是无价的资源。高山生态系统短距离快速变化的环境梯度又是优良的生物学天然实验室。雅家埂高山带地处青藏高原东缘,属于高寒湿润区,分布有放牧形成的亚高山草甸和高山草甸,是研究气候变暖的理想梯度带谱。我们以雅家埂高山草地带谱为依托,通过在4个不同海拔设立样地,首先研究了自然梯度下高山草地植物群落特征和土壤微生物群落组成的分布规律及其影响因素。再次我们结合模拟试验研究了典型高山种种群动态和典型植物群落开花物候对气候变化的响应。  本研究主要内容包括:⑴植物群落特征沿海拔梯度具有明显分异。随海拔升高地上生物量呈现显著降低,而地下生物量和群落的根冠比呈现显著增加。群落多样性指数在较低海拔样地间呈现显著变化,而在较高海拔样地间变化不明显,总体而言随海拔升高群落多样性增大,均匀度增大。不同海拔群落特征差异主要由气象因子控制,且温度起主导作用,土壤的解释度可忽略。其他未考虑因子如放牧、种间关系等也可能对植物群落特征起重要作用。整个海拔梯度地上生物量与群落多样性指数呈负相关关系,支持根竞争和光竞争假说。⑵沿海拔梯度土壤微生物群落有明显的分异,但微生物量和各种微生物类群基本未呈现明显的海拔趋势。豆科植物盖度和土壤TN对土壤微生物群落有重要影响,其他因子可能通过与二者的相互作用影响土壤微生物群落。植物功能群组成和土壤化学分别影响土壤微生物群落的不同方面,长期的放牧可能通过减少凋落物形成而极大降低了二者相互作用对土壤微生物群落的影响。⑶高山种圆叶小堇菜尽管为矮小植物,但其表型塑性具有明显的对光竞争的适应策略,在光竞争激烈的群落它增加对茎生长和单个叶面积的投入,而减少叶片数量方面的投入,反之亦然,这就保证了生物量的投入对光的有效获取。这种适应不但体现在长期形成的自然梯度格局,且体现在短期环境改变中。圆叶小堇菜对光竞争敏感,表型塑性的适应调整跟光竞争的激烈程度密切相关。⑷圆叶小堇菜在完好的草地主要靠克隆繁殖扩大种群。移植模拟的增温主要通过降低克隆繁殖率和存活率降低种群增长率,这些关键比率的降低应归因于增温条件下周围群落竞争力的增强。小幅增温处理对高海拔种群克隆繁殖率影响程度更大,而对低海拔种群存活率影响程度更大。高海拔种群在大幅增温处理前期种群增长率和克隆繁殖率出现异常变化,可能与降水强度增加促使营养体休眠的再萌发有关;中后期种群增长率的大幅下降应该归因于外围种的入侵极大增加周围群落的竞争。圆叶小堇菜具有机会种的特征,竞争力低,但具有一定的定植和传播能力。在气候变化下,圆叶小堇菜的存留将更加的依赖于干扰,如放牧。⑸在增温条件下,高山草甸单个植物种物候的改变存在很大的多样性,假设物候起始代表全部物候变化可能导致对生态群落响应物种数量和响应程度的错误评估。物种水平物候改变的多样性最终导致了共开花类型的改变,花期的改变和群落水平开花丰富度的再分布。不同功能群植物(forb,graminoid)及不同生活史特征植物(开花早晚)开花物候和开花丰富度对增温的响应具有一定的规律性和差异性。植物生活史特征、表型塑性、对环境因子的敏感性均可能影响植物有性繁殖投入,影响植物种群变化和竞争力,进而影响群落水平开花丰富度的变化。气候变化引起的一系列物候改变很可能将增加强大的选择压力,不但对植物种本身,且可能对决定于这些植物的更高营养级也是如此。组成群落的物种在一个生长季相继开花形成一个不间断的过程,这种现象可能标志着物种繁殖物候的动态进化结果,和它们对环境资源可用性的长期适应。气候变化诱导的物候改变可能会破坏这种相继过程,可能随时间影响群落组织,进而可能对生态与进化有深远的影响。
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