高山林线植物功能群丧失对凋落物分解及化学计量特征的影响

发布时间：2020-10-14 00:20

　　 气候变化影响了生态系统中的生物多样性变化,这可能导致植物功能群的丧失并对生态系统服务功能具有深远的意义,高山生态系统尤为显著。凋落物分解作为生态系统重要过程之一,影响着植物的生产力,通过植物化学计量特征研究其物种多样性的作用也得到充分的关注。研究中多采用混合凋落物为手段探讨植物功能群丧失的影响机制,传统观点认为物种丰富度改变可能对凋落物分解产生显著影响,而近期研究发现凋落物物种组成的功能类型(Functional type)可能将会大于物种多样性对分解的影响,强调了物种功能性状与生态系统的相互关系。高山林线生态系统对气候变化的响应较为敏感,是监测气候变化的天然实验平台。因而本研究立足川西高山林线交错带,采用凋落袋法,选择当地6种代表性植物功能群为研究对象,研究某一植物功能群丧失可能对凋落物分解的影响机制,检测其分解速率,质量损失,化学计量特征值,化学组分不同阶段的动态变化,并通过不同的海拔梯度来模拟增温,预测全球气候变化对植物凋落物分解的影响,结果表明:(1)Olson经典指数衰减模型表明不同处理显著影响凋落叶分解速率(k),单一物种k值变化为0.14-0.75 yr~(-1),植物功能群丧失之后混合凋落叶k值为0.26-0.36 yr~(-1)。植物功能群的丧失后凋落物分解速率呈现抑制效应,并受到海拔梯度显著的调控。比如蕨类的丧失显著降低混合凋落物分解速率的抑制效应,同时海拔上移至林线分解速率将显著加快。(2)分解时期显著影响混合凋落物的失重率,质量损失率为35.07-47.03%;植物功能群丧失后凋落物的失重率在当年分解较高,生长季高于非生长季。丧失常绿灌木将显著加速凋落物分解,林线处分解亦受到蕨类(加速)和禾本科草(降低)的显著影响。植物功能群丧失导致混合凋落物分解的质量损失率呈现非加和效应,具体表现为抑制,这可能与C元素(正相关)以及C/N(负相关)有关,林线处质量损失率的非加和效应还受到P元素显著调控,丧失蕨类将会改变交错带凋落物分解的非加和效应。(3)经过2年分解,植物功能群丧失后的凋落物分解C元素表现为释放(40.86%-55.05%),非加和效应表现为抑制,这可能是因为植物功能群丧失后C释放主要发生在第一年。而N元素表现为积累(-18.23%-2.11%),其非加和效应由物种决定,例如常绿灌木和乔木的缺失将加速该种非加和效应。海拔梯度显著调控植物功能群丧失后分解的P释放(31.49%-49.29%),在针叶林表现为协同效应,而林线表现为抑制效应;同时乔木,常绿灌木,蕨类以及禾本科草的丧失均会显著影响该区域P元素的释放。(4)研究期间,混合凋落物组分均发生降解,水溶性组分为35.15%-56.06%、有机溶性组分22.79%-55.27%、酸溶性组分为11.81%-73.78%以及酸不溶性组分-5.38%-45.43%。植物功能群丧失显著影响水溶性组分的变化,相似于有机组分的是在当年分解量均较大,分解后期均出现累积。酸溶以及酸不溶组分均表现为降解。同时,酸溶组分在次年非生长季出现累积,酸不溶组分分解前期出现了累积。海拔梯度调控了有机组分以及水溶性组分的非加和效应,低海拔将直接导致水溶性组分出现协同效应,而乔木,常绿灌木以及蕨类功能群丧失可能导致酸溶以及酸不溶组分的协同效应。综上,时间动态显著影响植物功能群丧失的凋落物分解,水溶性组分和有机组分最先释放,酸不溶组分累积,伴随分解的继续酸溶性组分的降解增加,相应酸不溶性组分亦发生降解。植物功能群丧失后基质质量的变化直接影响了凋落物分解中主控因子由C、P元素转变为N元素以及酸不溶组分。不同物种以及混合处理的凋落物分解均受到海拔梯度显著调控,日平均温度以及积温显著改变了植物功能群丧失后凋落物分解过程,正积温的作用尤为显著。为期两年的研究发现,生物多样性的降低导致植物功能群丧失受到环境因子和植物功能性状显著调控,强调了植物化学计量特征值对凋落物分解的重要性。这对维持高山林线生态系统的凋落物分解具有重要的意义,亦更全面认识气候变化对生物化学循环的影响机制。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S714
【部分图文】：

表 4 各分解时期的环境因子.Table 4 Topographical and environment factors in each period of decomposition.CF:针叶林; TL:林线; MT：平均温度; SS1:第一个非生长季; GS1:第一个生长季; SS2: 第二个非生长季; GS2: 第个生长季. FFTC：冻融循环次数；PAT：正积温；NAT：负积温；SD：雪被.CF: coniferous forest; TL: timberline forest; MT: Daily average temperature; SS1: the first snowing season; GS1: the figrowing season; SS2: the second snowing season; GS2: the second growing season; FFTC: Freeze - thaw cycles; PAPositive accumulated temperature; NAT: Negative accumulated temperature; SD: Snow depth.分解时期 海拔梯度 温度 正积温 负积温 冻融循环 雪被Time Elevation MT(°C) PAT(°C) NAT(°C) NFTC SD(cm)当年非生长季 CF -2.46 20.06 -381.02 48 7SS1 TL -1.39 123.84 -328.51 159 14.44当年生长季 CF 6.89 1254.90 -1.60 18 0GS1 TL 8.65 1574.16 -0.29 35 0次年非生长季 CF -1.79 52.71 -379.38 99 10.07SS2 TL -1.10 158.75 -359.71 198 12.72次年生长季 CF 7.18 1129.83 -2.65 27 0GS2 TL 9.41 1477.65 -0.84 39 0

4.2.1 凋落物分解速率利用 Olson 经典指数衰减模型进行预测 13 种不同处理的凋落叶分解速率(k)，一般线性模型表明(表 5)，不同处理的植物功能群对凋落物分解速率产生极其显著的影响，海拔梯度及处理间交互作用并未对分解速率造成显著性影响。如图 3 所示，高山林线交错带所有植物功能群混合分解速率为：0.28- 0.29 yr-1，其中单一植物功能群分解速率变化：0.14 - 0.75 yr-1，植物功能群丧失之后混合凋落叶分解速率为：0.26 - 0.36 yr-1。丧失常绿灌木，乔木以及蕨类可能导致分解速率加快，单一阔叶草本分解速率最快，而常绿灌木分解速率最慢。所有优势植物功能群混合的分解速率与常绿灌木，蕨类，禾本科草以及阔叶草本均存在显著性的差异, 然而与植物功能群丧失之后的混合分解速率并无显著性差异。通过实时监测，随着海拔升高，平均温度升高(表 3)，可能会对禾本科草以及丧失蕨类的混合凋落物的分解速率产生显著性的影响。

图 5 针叶林到林线不同处理间凋落物随着时间变化的碳释放率.Fig 5 The carbon release rates of different different foliar litter incubated foliar litter during decomposition time from Coniferous forest to Timberline forest.19
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本文编号：2839902