坡向是青藏高原山地上決定植物群落組成變化的主導(dǎo)因子之一。坡向影響著地表接受的太陽輻射量,而太陽輻射在不同坡向上的再分配決定了土壤溫度、土壤蒸發(fā)量、土壤含水量等生態(tài)因子的分配。南坡(陽坡)接受的太陽輻射較多,較熱、干旱,而北坡(陰坡)接受的太陽輻射較少,故而較濕、陰冷。由于不同坡向光、熱、水、土等自然因素的不同,植被的組成會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這種在坡向的生境梯度上,植物群落組分結(jié)構(gòu)上的變化如何影響土壤理化特征、植物的化學(xué)計(jì)量特征、抗逆生理特征等,而這些又如何響應(yīng)于群落組成的變化,這是高寒草甸地區(qū)群落學(xué)研究中少有涉及的論題。 本文以青藏高原東部的高寒草甸為例,分析了陰陽坡梯度上土壤因子和植物群落組成的變化特征,研究了植物葉片氮磷化學(xué)計(jì)量特征對坡向的響應(yīng)以及植物物種生理因子的坡向差異。 本文的主要結(jié)果為： (1)從陽坡到陰坡,環(huán)境因子的變化較大,日平均土壤溫度和光照度的變化趨勢為陽坡半陰半陽坡陰坡,土壤含水量的變化趨勢為陰坡半陰半陽坡陰坡。土壤養(yǎng)分的變化趨勢為：土壤全磷和有機(jī)質(zhì)總體表現(xiàn)為陰坡大于陽坡,而土壤全氮和速效氮、速效磷在坡向梯度上變化不顯著。 (2)坡向梯度上植物組成結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化,陽坡主要由禾草(禾本科和莎草科)組成,陰坡則主要由雜草(非豆科雜草)組成。陰坡-陽坡梯度上群落物種多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)的變化顯著,其均表現(xiàn)為陰坡半陰半陽坡陽坡。 (3)在陽坡-陰坡梯度上,植物葉片的氮磷化學(xué)計(jì)量特征也發(fā)生了變化。在陽坡,植物葉片氮磷含量都小于陰坡,而磷含量的變化尤為顯著；陽坡的葉片氮磷比則顯著的高于陰坡。另外,植物葉片功能群的氮磷計(jì)量特征同樣發(fā)生了變化,禾草類的平均葉片氮磷含量顯著低于雜草類,而豆科的葉片氮含量和氮磷比在不同坡向均高于禾草和雜草類。 (4)在陽坡-陰坡梯度上,陽坡植物的氮磷比明顯大于16,而陰坡則小于14,根據(jù)限制性元素計(jì)量比值判斷,不同坡向上限制性元素發(fā)生了變化,即陽坡為磷限制,而陰坡則為氮限制。 (5)在陽坡-陰坡梯度上,植物的生長率與N：P呈顯著負(fù)相關(guān),與植物葉片磷含量呈顯著正相關(guān),這支持生長速率假說。另外,隨著海拔高度的上升,植物葉片氮磷含量和氮磷比都呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,這一現(xiàn)象支持生物-地球化學(xué)假說。 (6)在陰坡-陽坡梯度上,隨著土壤含水量的下降和土壤溫度、光照度的增加,植物物種脯氨酸與可溶性糖含量呈增加趨勢,其大小順序?yàn)椋杭?Oxytropis kansuensis)狼毒(Stellera chamaejweisme)火絨草(Leontopodium leontopodioides)莓葉委陵菜(Otentilla fragarioides)矮嵩草(Kobresia humilis)金露梅(Potentilla fruticosa),而植物葉綠素呈減少趨勢,其大小順序?yàn)椋杭?Oxytropis kansuensis)矮嵩草(Kobresia humilis)莓葉委陵菜(Otentilla fragarioides)火絨草(Leontopodium leontopodioides)金露梅(Potentilla fruticosa)狼毒(Stellera chamaejweisme),這些表明隨著逆境脅迫的加劇,植物通過增加自身細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來應(yīng)對外界脅迫的能力。 本研究主要結(jié)論如下： (1)在高寒草甸陰坡-陽坡梯度上,植物群落組成和物種多樣性均發(fā)生了變化,引起這種變化的主導(dǎo)因素為土壤含水量。 (2)在陰坡-陽坡梯度上,植物葉片的氮磷化學(xué)計(jì)量特征并不一致,陰坡的植物葉片氮磷含量都顯著高于陽坡,而其氮磷比則顯著小于陽坡。限制性元素發(fā)生了變化,陰坡為氮限制,而陽坡則為磷限制,土壤含水量和土壤溫度共同決定了這一變化。 (3)由陰坡至陽坡的生境梯度上,隨著土壤含水量的下降和土壤溫度、光照度的增加,逆境脅迫的增強(qiáng),植物物種的脯氨酸和可溶性糖含量總體呈增加趨勢,而葉綠素含量總體呈下降趨勢,這是植物對逆境脅迫的一種生理適應(yīng),表明在陽坡植物具有較強(qiáng)的抗逆性。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：S812
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 坡向梯度上的環(huán)境因子
        1.1.1 地形因子
        1.1.2 坡向梯度上的植物生態(tài)學(xué)研究
    1.2 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的概念與基本理論
        1.2.1 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的概念
        1.2.2 基本理論
    1.3 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究概況
        1.3.1 國外生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究
        1.3.2 國內(nèi)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究
        1.3.3 限制性元素的研究
        1.3.4 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的區(qū)域格局
    1.4 研究目的和內(nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)地概況
    2.1 地理位置
    2.2 氣候特征
    2.3 植被和土壤狀況
第三章 高寒草甸陰坡-陽坡梯度上植物群落組成的變化
    3.1 實(shí)驗(yàn)方法
        3.1.1 樣地布置
        3.1.2 樣品處理
        3.1.3 物種多樣性指數(shù)的計(jì)算
    3.2 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)方法
    3.3 結(jié)果與分析
        3.3.1 不同坡向上土壤溫度、水分及光照的變化
        3.3.2 不同坡向上土壤養(yǎng)分的變化
        3.3.3 不同坡向上植物群落組成的變化
        3.3.4 不同坡向上植物物種多樣性的變化
        3.3.5 坡向與土壤因子之間的關(guān)系
        3.3.6 功能群多度、物種多樣性與土壤因子之間的關(guān)系
        3.3.7 環(huán)境因子對物種分布影響大小關(guān)系的冗余分析
    3.4 討論
        3.4.1 坡向梯度上土壤因子的變化特點(diǎn)
        3.4.2 坡向?qū)χ参锶郝浣M成的影響
        3.4.3 坡向?qū)χ参镂锓N多樣性的影響
        3.4.4 坡向梯度上影響物種分布及多樣性的主導(dǎo)因子
第四章 高寒草甸陰坡-陽坡梯度上植物氮磷化學(xué)計(jì)量特征的變化
    4.1 實(shí)驗(yàn)方法
        4.1.1 樣地布置
        4.1.2 樣品處理
        4.1.3 生長速率的計(jì)算
    4.2 數(shù)據(jù)分析
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 不同坡向植物葉片氮磷化學(xué)計(jì)量特征變化
        4.3.2 不同坡向植物功能群氮磷化學(xué)計(jì)量特征
        4.3.3 不同海拔植物葉片氮磷化學(xué)計(jì)量特征變化
        4.3.4 不同坡向植物生長速率的變化
        4.3.5 不同坡向土壤因子與植物葉片氮磷計(jì)量關(guān)系
    4.4 討論
        4.4.1 植物葉片氮磷計(jì)量特征與土壤因子對坡向的響應(yīng)
        4.4.2 不同坡向植物功能群氮磷化學(xué)計(jì)量特征差異
        4.4.3 不同坡向營養(yǎng)限制類型的改變
        4.4.4 不同海拔植物氮磷化學(xué)計(jì)學(xué)特征差異
        4.4.5 坡向梯度上植物的生長速率變化
第五章 高寒草甸陰坡-陽坡梯度上植物物種生理變化特征
    5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        5.1.1 樣品采集
        5.1.2 樣品分析
    5.2 數(shù)據(jù)分析
    5.3 結(jié)果與分析
        5.3.1 植物葉片脯氨酸含量隨坡向的變化
        5.3.3 植物葉片葉綠素含量隨坡向的變化
        5.3.4 植物生理指標(biāo)與土壤因子之間的關(guān)系
    5.4 討論
        5.4.1 植物葉片脯氨酸含量對坡向的響應(yīng)
        5.4.2 植物葉片可溶性糖含量對坡向的響應(yīng)
        5.4.3 植物葉片葉綠素含量對坡向的響應(yīng)
        5.4.4 植物生理因子與環(huán)境因子的關(guān)系
第六章 主要結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄1
在學(xué)期間研究成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2830385