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题名: 念青唐古拉山垫状点地梅沿海拔梯度的分布、物候和生存率格局及其成因
作者: 李瑞成
答辩日期: 2012-05
导师: 罗天祥 ; 唐艳鸿
专业: 自然地理学
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
学位: 博士
关键词: 青藏高原 ; 垫状点地梅 ; 种群盖度 ; 海拔分布 ; 生存率 ; 返青期 ; 气候限制因子 ; 积温阈值
摘要:

垫状植物的植丛低矮,枝叶结构紧密,常呈圆形匍匐于地表,多见于低温、干燥、强风和营养贫瘠的环境。在青藏高原,垫状植物是植被演替过程中的先锋植物,使高原的“严酷”环境可以变得适合更多植物和其他生物生存,对维持高原生态系统的持续与稳定具有极为重要的作用。但是,至今为止人们对青藏高原的垫状植物的生态特性尚知之甚少。同时,垫状植物结构独特,对环境变化既敏感又相对稳定,有可能成为研究气候变化的指标性植物。垫状点地梅(Androsace tapete)是广泛分布于青藏高原的最具代表性的垫状植物,本研究试图以该垫状植物为材料,系统阐明其分布、生长和物候等生态学特性及其与温度和水分等环境因子的关系。为此,本研究在念青唐古拉山南坡从海拔4300m5300m之间设立了9个实验和观测点,利用海拔形成的强烈的温度环境梯度,进行了连续5年(2006-2010)的微环境与垫状植物生态特性的观测。研究内容主要包括围栏实验和降海拔移植实验,观测垫状点地梅在围栏内外的分布、生长以及物候的变化,同时利用实测的气象和土壤因子数据对生态特性的变化格局进行了深入的分析。主要结论如下:

1. 念青唐古拉山南坡的垫状点地梅随海拔变化的分布格局是:从分布下限的4400左右开始植物的盖度逐渐增加,到4950m前后达到最大,然后随海拔升高盖度迅速下降,到5300m即达到我们观测到的分布上限。垫状点地梅的盖度随海拔变化的单峰分布格局与湿润指数即生长季平均降水量与≥5℃积温的比值(GSP/AccT)、生长季平均气温(GST)有较好的相关关系(R2=0.41-0.56P<0.001),盖度最大处的GST 6.5℃,GSP/AccT 0.7。进一步研究发现:表层土壤的日最高温度(MaxAST5)在914℃的出现天数能够解释垫状点地梅盖度随海拔的变化格局的49%,表层土壤极端高温(MaxAST525℃出现天数)以及表层土壤极端低温(MaxAST5<0℃出现天数)分别与垫状点地梅分布的上限(5300m)与下限(4400-4500m)相对应。因此我们认为土壤极端低温与极端高温分别控制垫状点地梅海拔分布的上限与下限,而生长季平均温度与湿润指数则决定分布的多寡。

2. 连续5年的调查发现:无论是在不同的海拔还是在同一海拔的围栏内外,垫状点地梅生存率均在下降,其中围栏内的生存率下降与海拔有关,受到生长季的降水量和温度环境如土壤温度(-5cm)等的年际波动的影响。但这种影响就围栏外的垫状点地梅生存率而言则不明显。进一步的降海拔移植实验表明:增温和降水减少对垫状点地梅的生存率下降作用显著,移植后第一年的生存率下降主要是由于增温所致,其后的下降则主要是由于降水量的减少。当土壤极端高温(MaxAST525℃)出现天数增加10天以上时,垫状点地梅生存率出现大幅度降低,从而验证了土壤极端高温是垫状点地梅分布下限的控制因子,预示着未来极端高温事件频率的增加,以及放牧干扰的双重影响可能会导致垫状点地梅在低海拔地区死亡率增加。

3. 长期物候观测发现:垫状点地梅的返青始期和返青盛期均随海拔的升高而延后,枯黄期则随海拔的升高而提前。进一步分析的结果是:垫状点地梅返青始期和返青盛期的年际变化在高海拔和低海拔的差异较大,而在中间海拔如4700-4950m前后则不明显。另一方面垫状点地梅的枯黄期在各海拔的年际差异均不明显。垫状点地梅的返青始期和盛期在其海拔分布上限存在一个年际间相对稳定的≥0℃最低积温阈值(分别为21℃和35℃),而在低海拔除了受积温控制以外,还受降水量的调节。

4. 综上所述,本研究利用世界上海拔最高的、海拔跨度最大的垂直实验样带,进行了长达5年的连续观察,发现垫状点地梅的分布、生存以及物候具有较为明显的随海拔变化的格局,这些格局与主要的微环境因子即温度和水分的随海拔变化密切相关。本研究利用大量的野外实验和观测数据,在主要微环境因子如气温、降水以及土壤温度,和垫状点地梅的生态特性如盖度、生存率以及物候之间建立了一系列统计模型。这些模型及其参数不仅首次阐明了青藏高原代表性垫状植物的生态特性及其与环境因子的关系,为青藏高原植物生态学研究提供了大量的第一手资料,而且可以帮助我们进一步探讨全球变化与青藏高原植物响应之间的关系,甚至为预测气候变化对垫状植物的影响提供新的方法或思路。

 

语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.itpcas.ac.cn/handle/131C11/1939
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李瑞成.念青唐古拉山垫状点地梅沿海拔梯度的分布、物候和生存率格局及其成因[博士].北京.中国科学院研究生院.2012
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