降雨季节置换对中国北方温带草原群落结构及生态系统碳循环的影响

摘要

全球降雨模型预测未来的降雨格局变化会增加极端降雨频率和延长降雨间隔。降雨量的重新分配存在降雨季节内和季节间不同的分配格局，季节内和季节间土壤水分的波动可能会极大的影响生态系统内的植物生长和生态系统的结构和功能。但是对降雨季节内重新分配的研究却很少得到关注，我们在对水分极端敏感的半干旱草原生态系统通过控制降雨在季节间的降雨在季节重新分配来探讨季节时间格局的生态学效应。实验通过遮雨棚(Rainout shelter)来实现降雨在全年的重新分配。
　　本研究通过控制实验的方法来验证降雨季节重新分配对草原植物群落和生态系统碳通量的影响。实验结果表明：降雨季节重新分配导致的土壤湿度的变化显著地影响群落的动态，而且群落结构变化存在显著的时间差异。早期降雨置换增加了群落丰富度，而后期降雨置换显著的减少了群落的盖度。早期的土壤土壤水分的变异(CV)主要影响群落物种的组成，促进稀有种的出现。而生长季后期的降雨变化主要调节群落主要物种盖度，尤其是对水分敏感的物种冷蒿的生长和盖度。同时生长季后期降雨变化的情况下，群落中不同功能群对水分变化存在不同的响应，生长季旺季的土壤水分的减小反而会增加PR的盖度，减小冷蒿的盖度。研究结果表明降雨时间格局对生态系统碳通量在生长季早期和生长季后期的效果不一致。生长季前期降雨置换对生态系统不显著的效果可能是由于土壤湿度的滞后作用和群落间的补偿作用，造成生态系统碳通量NEE，GEP，ER没有显著效应。生长季后期降雨置换总体来说对生长季土壤水分没有显著的变化，但是土壤水分在生长季旺季显著减小。生长季后期群落总碳固持(GEP)和生态系统总呼吸(ER)显著减小，而对生态系统净碳固持(NEE)没有显著效果。土壤水分在生长季旺季(8月)的显著减小会导致植物生长过程中的干旱胁迫，限制植物的光合作用和呼吸底物供应能力，直接导致群落净光合能力和生态系统呼吸的减小。生长季后期降雨置换使土壤湿度减少会导致群落结构组成变化，进而导致群落光合碳固持能力的减少。群落中羊草群落盖度的减少解释GEP变化的53％。但是生态系统呼吸作用同生态系统组成没有直接的相关关系，可能土壤水分变化比群落组成变化更能显著地影响生态系统ER的变化。实验结果表明降雨时间格局变化导致的土壤水分的波动间接和直接的调节群落功能和碳通量变化。结合之前的概念模型，生态系统干旱阈值在时间尺度的变化是生长季降雨的时间格局变化是一个重要的重要原因。

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第一章 引言

1.1 降水格局变化趋势

1.2 本研究研究意义

1.3 国内外研究现状

第二章 材料与方法

2.1 研究地区概况

2.2 试验设计与研究方法

第三章 降雨季节置换对我国北方半干旱温带草原植物群落结构的影响

3.1 前言

3.2 材料方法

3.3 结果

3.4 讨论

3.5 结论

第四章 降雨季节置换对我国北方半干旱温带草原生态系统碳通量的影响

4.1 前言

4.2 实验材料和方法

4.3 结果

4.4 讨论

4.5 结论

第五章 结论与展望

参考文献

致谢