氣候變化影響了生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性變化,這可能導(dǎo)致植物功能群的喪失并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有深遠(yuǎn)的意義,高山生態(tài)系統(tǒng)尤為顯著。凋落物分解作為生態(tài)系統(tǒng)重要過(guò)程之一,影響著植物的生產(chǎn)力,通過(guò)植物化學(xué)計(jì)量特征研究其物種多樣性的作用也得到充分的關(guān)注。研究中多采用混合凋落物為手段探討植物功能群?jiǎn)适У挠绊憴C(jī)制,傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為物種豐富度改變可能對(duì)凋落物分解產(chǎn)生顯著影響,而近期研究發(fā)現(xiàn)凋落物物種組成的功能類型(Functional type)可能將會(huì)大于物種多樣性對(duì)分解的影響,強(qiáng)調(diào)了物種功能性狀與生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系。高山林線生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)較為敏感,是監(jiān)測(cè)氣候變化的天然實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。因而本研究立足川西高山林線交錯(cuò)帶,采用凋落袋法,選擇當(dāng)?shù)?種代表性植物功能群為研究對(duì)象,研究某一植物功能群?jiǎn)适Э赡軐?duì)凋落物分解的影響機(jī)制,檢測(cè)其分解速率,質(zhì)量損失,化學(xué)計(jì)量特征值,化學(xué)組分不同階段的動(dòng)態(tài)變化,并通過(guò)不同的海拔梯度來(lái)模擬增溫,預(yù)測(cè)全球氣候變化對(duì)植物凋落物分解的影響,結(jié)果表明:(1)Olson經(jīng)典指數(shù)衰減模型表明不同處理顯著影響凋落葉分解速率(k),單一物種k值變化為0.14-0.75 yr~(-1),植物功能群?jiǎn)适е蠡旌系蚵淙~k值為0.26-0.36 yr~(-1)。植物功能群的喪失后凋落物分解速率呈現(xiàn)抑制效應(yīng),并受到海拔梯度顯著的調(diào)控。比如蕨類的喪失顯著降低混合凋落物分解速率的抑制效應(yīng),同時(shí)海拔上移至林線分解速率將顯著加快。(2)分解時(shí)期顯著影響混合凋落物的失重率,質(zhì)量損失率為35.07-47.03%;植物功能群?jiǎn)适Ш蟮蚵湮锏氖е芈试诋?dāng)年分解較高,生長(zhǎng)季高于非生長(zhǎng)季。喪失常綠灌木將顯著加速凋落物分解,林線處分解亦受到蕨類(加速)和禾本科草(降低)的顯著影響。植物功能群?jiǎn)适?dǎo)致混合凋落物分解的質(zhì)量損失率呈現(xiàn)非加和效應(yīng),具體表現(xiàn)為抑制,這可能與C元素(正相關(guān))以及C/N(負(fù)相關(guān))有關(guān),林線處質(zhì)量損失率的非加和效應(yīng)還受到P元素顯著調(diào)控,喪失蕨類將會(huì)改變交錯(cuò)帶凋落物分解的非加和效應(yīng)。(3)經(jīng)過(guò)2年分解,植物功能群?jiǎn)适Ш蟮牡蚵湮锓纸釩元素表現(xiàn)為釋放(40.86%-55.05%),非加和效應(yīng)表現(xiàn)為抑制,這可能是因?yàn)橹参锕δ苋簡(jiǎn)适Ш驝釋放主要發(fā)生在第一年。而N元素表現(xiàn)為積累(-18.23%-2.11%),其非加和效應(yīng)由物種決定,例如常綠灌木和喬木的缺失將加速該種非加和效應(yīng)。海拔梯度顯著調(diào)控植物功能群?jiǎn)适Ш蠓纸獾腜釋放(31.49%-49.29%),在針葉林表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng),而林線表現(xiàn)為抑制效應(yīng);同時(shí)喬木,常綠灌木,蕨類以及禾本科草的喪失均會(huì)顯著影響該區(qū)域P元素的釋放。(4)研究期間,混合凋落物組分均發(fā)生降解,水溶性組分為35.15%-56.06%、有機(jī)溶性組分22.79%-55.27%、酸溶性組分為11.81%-73.78%以及酸不溶性組分-5.38%-45.43%。植物功能群?jiǎn)适э@著影響水溶性組分的變化,相似于有機(jī)組分的是在當(dāng)年分解量均較大,分解后期均出現(xiàn)累積。酸溶以及酸不溶組分均表現(xiàn)為降解。同時(shí),酸溶組分在次年非生長(zhǎng)季出現(xiàn)累積,酸不溶組分分解前期出現(xiàn)了累積。海拔梯度調(diào)控了有機(jī)組分以及水溶性組分的非加和效應(yīng),低海拔將直接導(dǎo)致水溶性組分出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng),而喬木,常綠灌木以及蕨類功能群?jiǎn)适Э赡軐?dǎo)致酸溶以及酸不溶組分的協(xié)同效應(yīng)。綜上,時(shí)間動(dòng)態(tài)顯著影響植物功能群?jiǎn)适У牡蚵湮锓纸?水溶性組分和有機(jī)組分最先釋放,酸不溶組分累積,伴隨分解的繼續(xù)酸溶性組分的降解增加,相應(yīng)酸不溶性組分亦發(fā)生降解。植物功能群?jiǎn)适Ш蠡|(zhì)質(zhì)量的變化直接影響了凋落物分解中主控因子由C、P元素轉(zhuǎn)變?yōu)镹元素以及酸不溶組分。不同物種以及混合處理的凋落物分解均受到海拔梯度顯著調(diào)控,日平均溫度以及積溫顯著改變了植物功能群?jiǎn)适Ш蟮蚵湮锓纸膺^(guò)程,正積溫的作用尤為顯著。為期兩年的研究發(fā)現(xiàn),生物多樣性的降低導(dǎo)致植物功能群?jiǎn)适艿江h(huán)境因子和植物功能性狀顯著調(diào)控,強(qiáng)調(diào)了植物化學(xué)計(jì)量特征值對(duì)凋落物分解的重要性。這對(duì)維持高山林線生態(tài)系統(tǒng)的凋落物分解具有重要的意義,亦更全面認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)生物化學(xué)循環(huán)的影響機(jī)制。
【學(xué)位單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S714
【部分圖文】：

表 4 各分解時(shí)期的環(huán)境因子.Table 4 Topographical and environment factors in each period of decomposition.CF:針葉林; TL:林線; MT：平均溫度; SS1:第一個(gè)非生長(zhǎng)季; GS1:第一個(gè)生長(zhǎng)季; SS2: 第二個(gè)非生長(zhǎng)季; GS2: 第個(gè)生長(zhǎng)季. FFTC：凍融循環(huán)次數(shù)；PAT：正積溫；NAT：負(fù)積溫；SD：雪被.CF: coniferous forest; TL: timberline forest; MT: Daily average temperature; SS1: the first snowing season; GS1: the figrowing season; SS2: the second snowing season; GS2: the second growing season; FFTC: Freeze - thaw cycles; PAPositive accumulated temperature; NAT: Negative accumulated temperature; SD: Snow depth.分解時(shí)期 海拔梯度 溫度 正積溫 負(fù)積溫 凍融循環(huán) 雪被Time Elevation MT(°C) PAT(°C) NAT(°C) NFTC SD(cm)當(dāng)年非生長(zhǎng)季 CF -2.46 20.06 -381.02 48 7SS1 TL -1.39 123.84 -328.51 159 14.44當(dāng)年生長(zhǎng)季 CF 6.89 1254.90 -1.60 18 0GS1 TL 8.65 1574.16 -0.29 35 0次年非生長(zhǎng)季 CF -1.79 52.71 -379.38 99 10.07SS2 TL -1.10 158.75 -359.71 198 12.72次年生長(zhǎng)季 CF 7.18 1129.83 -2.65 27 0GS2 TL 9.41 1477.65 -0.84 39 0

4.2.1 凋落物分解速率利用 Olson 經(jīng)典指數(shù)衰減模型進(jìn)行預(yù)測(cè) 13 種不同處理的凋落葉分解速率(k)，一般線性模型表明(表 5)，不同處理的植物功能群對(duì)凋落物分解速率產(chǎn)生極其顯著的影響，海拔梯度及處理間交互作用并未對(duì)分解速率造成顯著性影響。如圖 3 所示，高山林線交錯(cuò)帶所有植物功能群混合分解速率為：0.28- 0.29 yr-1，其中單一植物功能群分解速率變化：0.14 - 0.75 yr-1，植物功能群?jiǎn)适е蠡旌系蚵淙~分解速率為：0.26 - 0.36 yr-1。喪失常綠灌木，喬木以及蕨類可能導(dǎo)致分解速率加快，單一闊葉草本分解速率最快，而常綠灌木分解速率最慢。所有優(yōu)勢(shì)植物功能群混合的分解速率與常綠灌木，蕨類，禾本科草以及闊葉草本均存在顯著性的差異, 然而與植物功能群?jiǎn)适е蟮幕旌戏纸馑俾什o(wú)顯著性差異。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，隨著海拔升高，平均溫度升高(表 3)，可能會(huì)對(duì)禾本科草以及喪失蕨類的混合凋落物的分解速率產(chǎn)生顯著性的影響。

圖 5 針葉林到林線不同處理間凋落物隨著時(shí)間變化的碳釋放率.Fig 5 The carbon release rates of different different foliar litter incubated foliar litter during decomposition time from Coniferous forest to Timberline forest.19
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