中国北方典型草原水分利用效率对昼夜不对称增温的特异性响应

摘要

人类活动加剧导致的全球变暖将对陆地生态系统结构和功能有重大影响。全球变暖的昼夜增温不对称性在全球范围内普遍存在,因此全天增温方式很难有效估计全球变化对陆地生态系统的影响。草原生态系统作为地球表面最重要的陆地生物区系之一,约占地球陆地面积的40％,其碳(C)储量约占陆地生态系统C储量的34%。草原生态系统C循环的变化将会对陆地生态系统C循环产生极其重要的影响。水分利用效率(WUE)已经被确定为连接陆地生态系统C和水分循环的一个重要生态系统特征。然而,目前人们对草原生态系统不同水平WUE如何响应全球昼夜不对称增温现象的认知还有所不足。
　　本研究利用野外控制实验方法,对昼夜不对称增温如何影响我国北方典型草原生态系统C和水分循环以及不同水平水分利用效率进行了研究。通过两个生长季的实验,取得了以下研究结论:
　　(1)我国北方典型草原生态系统水平C交换对白天和夜间增温存在特异性响应。白天增温使生态系统总初级生产力(GEP)显著降低了6.84%,而对生态系统呼吸(ER)没有显著影响,从而使该生态系统由碳汇向碳源转变;夜间增温在降低GEP(6.96%)的同时,更多的降低了ER(10.44%),从而增加了该生态系统的固碳能力。对于生态系统气体交换(NEE)、GEP和ER,白天和夜间增温之间都不存在交互作用。由于土壤湿度的显著年际变化,GEP和NEE对白天和夜间增温的响应在两个生长季中存在差异。
　　(2)我国北方典型草原生态系统水分循环对白天和夜间增温存在特异性响应。白天增温对生态系统蒸发散(ET)没有显著影响;而夜间增温使生态系统土壤蒸发(E)和生物群落蒸腾(Tc)都显著降低(分别降低了5.62和7.22%),从而使ET降低了7.08%。对于ET、E和Tc,白天和夜间增温之间都不存在交互作用。在我国北方典型草原生态系统中,Tc对ET的变化起主要作用。夜间增温使ET降低,是由于引起了非生物和生物因子尤其是植物群落组成变化。
　　(3)我国北方典型草原不同水平水分利用效率(WUE)对白天和夜间增温存在特异性响应。在白天增温的主效应下GEP的温度敏感性高于ET的温度敏感性,使得生态系统水平WUE降低了5.66%;夜间增温在降低GEP的同时也显著降低了ET,从而使生态系统水平WUE没有显著变化。对于生态系统水平 WUE,白天和夜间增温不存在交互作用。植物群落WUE对白天和夜间增温的响应与生态系统WUE相同。不同物种的植物叶片WUE对白天和夜间增温的响应不同,而且与生态系统/植物群落WUE的响应趋势也不一致。用研究各个物种叶片WUE的方法来评估生态系统/植物群落水平WUE所得到的结果可能不太准确。

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第一章 前言

1.1 昼夜不对称增温对陆地生态系统碳循环的影响

1.2 全球变暖对不同水平水分利用效率的影响

1.3 本研究的意义与内容

第二章 材料与方法

2.1 研究地区概况

2.2 实验设计与研究方法

2.3统计方法

第三章 白天和夜间增温对我国北方典型草原生态系统水平碳循环的特异性影响

3.1 引言

3.2 研究方法

3.3 结果

3.4 讨论

3.5 小结

第四章 生态系统水分循环对白天和夜间增温的响应

4.1 引言

4.2 研究方法

4.3 结果

4.4 讨论

4.5 小结

第五章 水分利用效率对白天和夜间增温的响应

5.1 引言

5.2 研究方法

5.3 结果

5.4 讨论

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢