【摘要】：近年來，氣候因子改變引起的區(qū)域性和全球性氣候變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)帶來極大的沖擊，對生態(tài)系統(tǒng)組成、產(chǎn)量、功能組織均有不同程度的影響。草地生態(tài)系統(tǒng)作為最重要、分布最廣的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型，在陸地碳循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用。藏北地區(qū)草地面積巨大，具有海拔高、溫度低、自然條件嚴酷的特點，是氣候變化高敏感區(qū)域。小嵩草草甸生態(tài)系統(tǒng)是藏北地區(qū)主要的草地類型之一，相關研究數(shù)據(jù)顯示該區(qū)域氣候?qū)⒃谖磥硪欢螘r間內(nèi)呈暖濕化趨勢，這必將對藏北小嵩草草甸生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重大的影響。研究增溫增雨對藏北小嵩草草甸生態(tài)系統(tǒng)碳交換的影響有助于確定在未來氣候變化條件下草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲存能力，并明確氣候變化對草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、生物多樣性的影響，有助于全方位監(jiān)測草地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應機理。 本文以藏北地區(qū)小嵩草草甸草原為研究對象，利用開頂箱（Open top chamber, OTC）對草地進行被動增溫，并結(jié)合生長季增加降雨措施模擬區(qū)域性氣候變化對該地區(qū)的影響。試驗包括四個處理，分別為對照（CK）、增溫（Warming, W）、限制性增溫（通過風扇控制OTC增溫過高, LimitedWarming, LW）和限制性增溫+增雨（添加20%的自然降雨, Limited Warming and PrecipitationEnhancement, LWP）。測定了增溫增雨條件下小嵩草草甸土壤溫濕度（-5cm、-15cm、-30cm）、空氣溫度（20cm）、草地生物量、生物多樣性；系統(tǒng)的測定了小嵩草草甸碳交換各組分，包括生態(tài)系統(tǒng)凈交換（Net ecosystem exchange, NEE）、生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Ecosystem respiration, ER）、土壤呼吸（Soil respiration, SR）、蒸騰速率（Ecosystem evapotranspiration, ET）以及水分利用效率（Wateruse efficiency, WUE），分析了增溫增雨條件下生態(tài)系統(tǒng)碳交換以及生產(chǎn)力和生物多樣性的變化。主要結(jié)論如下： (1)生長季內(nèi)，W處理5cm土壤溫度增加1.02℃；W、LW和LWP平均氣溫分別增加1.91、1.53和1.37℃。LW和LWP處理以及W處理15cm以下土壤溫度無顯著變化。土壤濕度方面，OTC中5cm的土壤濕度降低，其中只有W處理達到顯著性，OTC對15cm以下的土壤濕度無影響。 (2) OTC內(nèi)物種地上生物量顯著升高，W、LW和LWP處理生物量分別達到72.08、97.50和75.78g/m~2，顯著高于對照處理（54.38g/m~2）。OTC中群落高度和蓋度均有不同程度的提高，其中高度增加更為明顯，W、LW和LWP處理群落高度分別增加78.3%、100.0%。和56.5%。物種重要值方面，禾本科植物早熟禾重要值在增溫條件下顯著升高，其他物種變化并不明顯，，可以認為早熟禾對增溫的敏感性最高。增溫條件下草地物種Shannon-Weiner多樣性指數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢，Simpson多樣性指數(shù)和E.Pielou均勻度指數(shù)無顯著變化。 (3)增溫增雨對小嵩草草甸生態(tài)系統(tǒng)碳交換具有較強的促進作用。OTC內(nèi)各處理GEP和ER均呈現(xiàn)出不同程度的升高，但GEP的升高幅度更大，因此小嵩草草甸NEE在增溫條件下也得到了明顯的促進。由于溫度增加，小嵩草草甸生態(tài)系統(tǒng)蒸騰作用明顯加強，這也導致了OTC內(nèi)WUE明顯降低，尤其在生長季初期的W和LW處理中較為明顯。 (4)環(huán)境溫濕度對生態(tài)系統(tǒng)碳交換包括NEE、GEP、ER影響顯著，除了GEP與土壤溫度，ER與土壤濕度無關外，其他指標均與土壤溫濕度存在顯著相關性，溫濕度升高對碳交換具有促進作用。禾本科和莎草科植物生物量與各指標間也存在相關性，尤其是GEP與NEE，達到極顯著水平（P 0.001），因此認為增溫導致的光合產(chǎn)物增加量大多分配到了禾本科和莎草科植物中。 (5)增溫增雨促進土壤呼吸增強，并且其相對增加幅度大于ER，使得SR在ER中的比例顯著提高，生長季平均值最高達到51%，高于CK（36%）。與ER不同，SR與土壤水分密切相關，其溫度敏感性低于ER。增溫條件下ER和SR的土壤溫度敏感性均呈現(xiàn)升高趨勢。 (6)增溫增雨條件下，生物量和生物多樣性與氣溫之間存在線性相關，與土壤溫濕度并無顯著相關。生物量和生物多樣性之間關系較為復雜，不同測度之間結(jié)果有所不同，物種多樣性指數(shù)與生物量間的關系為單峰型，而均勻度指數(shù)的關系為U型。也從另一方面說明了禾本科和莎草科植物在小嵩草草甸生態(tài)系統(tǒng)中的主導地位在增溫條件下進一步得到鞏固。 增溫增雨對藏北小嵩草草甸生態(tài)系統(tǒng)禾本科和莎草科植物的生長具有明顯的促進作用。增溫增雨條件下光合作用和呼吸作用增加的同時生態(tài)系統(tǒng)凈吸收也顯著升高，有助于小嵩草草甸生態(tài)系統(tǒng)碳儲存，提高生態(tài)系統(tǒng)固碳能力。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：S812

【參考文獻】

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本文編號：2693914