典型荒漠植物多样性对生态系统功能的影响机制

论文摘要

植物多样性和生态系统功能（BEF）关系的研究成为近年来生态学研究中的热点问题。探讨二者潜在联系有利于综合理解预测生态系统功能关系理论。本文以艾比湖湿地国家级自然保护区为研究对象,围绕初级生产力、植物碳储量两个生态系统功能,对研究区荒漠植物群落进行物种调查、生物量挖掘、土壤采集等野外工作,以物种多样性、功能多样性、功能性状、土壤因子为研究方向,分别探讨了水盐序列下植物多样性的变化、生态系统功能对环境及功能性状的响应、生物量分配对土壤因子的响应及异速生长、植物多样性对生态系统功能的影响,研究结果如下:（1）根据水盐梯度变化序列,Pielou均匀度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、Rao指数均表现出低水盐梯度>中水盐梯度,这四种多样性指数的高水盐梯度与中低水盐未表现出显著差异性,Patrick丰富度指数在不同水盐梯度间均无显著差异;Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数在水盐梯度下与功能多样性Rao指数的相关系数依次为:中水中盐群落>高水高盐群落>低水低盐群落,Pielou均匀度指数与Rao指数的幂函数回归模型则表现为:高水高盐群落>低水低盐群落>中水中盐群落。（2）不同生活型植物功能性状存在显著差异。多年生草本的比叶面积、叶片干物质含量、叶片碳含量、叶片磷含量均大于一年生草本和灌木,灌木的叶片氮含量、叶片氮磷比显著大于草本,但具有最小的叶片磷含量;草本和灌木在叶片碳氮比上没有显著差异;荒漠植物对养分的吸收能力及对光的捕获能力相应的性状具有趋同的综合适应特征。叶片碳氮比、氮磷比分别与比叶面积、植株高度显著相关;不同生活型荒漠植物地上固碳量大小依次为:多年生草本（9.08±1.55 g/m2）>灌木（5.66±0.81 g/m2）>一年生草本（3.16±0.28g/m2）;地下固碳量大小依次为:灌木（14.72±3.94 g/m2）>多年生草本（8.54±1.33 g/m2）>一年生草本（1.33±0.10 g/m2）。其中,植株根系所占总固碳比重依次是:灌木（72.2%）>多年生草本（48.5%）>一年生草本（29.6%）。（3）冠幅面积、植株高度、叶片氮含量、叶片氮磷比对荒漠植物初级生产力及碳储量具有显著的正效应,叶片碳氮比对荒漠植物初级生产力及碳储量具有负驱动力;土壤有机质、速效磷、全氮、土壤pH是荒漠植物地上生物量的主要土壤驱动因子,4个土壤驱动因子排序大小依次是:土壤有机质>全氮>速效磷>土壤pH;土壤含水量、土壤有机质、土壤pH是荒漠植物地下生物量的重要土壤驱动力,其中地下生物量对土壤含水量体现了极显著的正相关。土壤驱动因子重要性的顺序为土壤含水量>土壤有机质>土壤pH;土壤因子对植物碳储量的直接作用系数大小顺序为:土壤含水量>土壤含盐量>土壤有机质>土壤全磷>土壤pH>土壤速效磷>土壤全氮。（4）土壤因子对盐地碱蓬、新疆绢蒿、对节刺、骆驼刺的R/S解释程度分别是24.8%、16.3%、35.4%、33.1%,其中,土壤全氮与对节刺的R/S呈显著正相关趋势（P<0.05）,盐地碱蓬的R/S与土壤水分表现出极显著正相关,4种荒漠植物空间分配特征对土壤因子的响应存在物种特异性;4种荒漠植物AGB—BGB间均具有极显著的相关生长关系;新疆绢蒿AGB—BGB间为等速生长关系（α=1）,而对节刺和骆驼刺均为=/的异速生长关系,盐地碱蓬属于非3/4幂指数的异速生长关系（α<1）,4种优势荒漠植物间具有共同的异速生长指数（0.767）,体现了艾比湖流域优势植物的生态功能表现出了趋同适应的相似性结果。（5）对于初级生产力而言,在高水高盐梯度下,植物多样性指数对地上生物量拟合曲线的解释能力为:Pielou均匀度指数>Simpson优势度指数,对总生物量只有Pielou均匀度指数通过显著性;在中水中盐梯度下,对地下生物量拟合曲线的解释能力依次为:Rao指数>Patrick丰富度指数>Shannon-Wiener多样性指数>Simpson优势度指数;在低水低盐梯度下,对地下生物量只有Simpson优势度指数通过检验。对植物碳储量来说,在高水高盐梯度下,植物多样性指数对地上碳储量拟合曲线的解释能力依次为:Pielou均匀度指数>Simpson优势度指数>Rao指数,对总碳储量只有Pielou均匀度指数通过显著性;在中水中盐梯度下,对地下碳储量拟合曲线的解释能力依次为:Rao指数>Patrick丰富度指数>Shannon-Wiener多样性指数>Simpson优势度指数,对总碳储量的解释能力为:Shannon-Wiener多样性指数>Patrick丰富度指数;在低水低盐梯度下,对地下生物量只有Simpson优势度指数通过检验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 经费来源
• 第一章 引言
•   1.1 研究目的与研究意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 植物多样性与生态系统功能的研究进展
•     1.2.2 功能性状、环境因子对生态系统功能的研究进展
•   1.3 对国内外研究进展评述及问题提出
• 第二章 研究内容与方法
•   2.1 研究区概况
•   2.2 研究内容
•     2.2.1 水盐梯度下植物多样性的变化
•     2.2.2 生态系统功能对植物功能性状、环境因子的响应
•     2.2.3 植物生物量分配对土壤因子的响应及异速生长分析
•     2.2.4 植物多样性对生态系统功能的影响
•   2.3 研究方法
•     2.3.1 样方设置与植被调查
•     2.3.2 群落调查和土壤样品的测定
•     2.3.3 植物功能性状的测定和功能多样性的计算
•     2.3.4 生态系统功能的计算
•   2.4 统计分析与图件绘制
•     2.4.1 统计分析
•     2.4.2 图件绘制
•   2.5 技术路线
• 第三章 水盐梯度下植物多样性的变化
•   3.1 水盐数据分类
•   3.2 水盐梯度下植物多样性的变化
•     3.2.1 水盐梯度下的物种多样性变化规律
•     3.2.2 水盐梯度下的功能多样性变化规律
•   3.3 水盐梯度下物种多样性和功能多样性之间的关系
•   3.4 讨论
•     3.4.1 水盐梯度下物种多样性和功能多样性的差异性分析
•     3.4.2 水盐梯度下物种多样性和功能多样性之间的耦合关系分析
•   3.5 小结
• 第四章 生态系统功能对植物功能性状、环境因子的响应
•   4.1 群落水平下植物功能性状相关关系分析
•   4.2 不同生活型植物功能性状及生态系统功能的差异性分析
•     4.2.1 不同生活型植物功能性状的差异
•     4.2.2 不同生活型植物生态系统功能的差异
•   4.3 生态系统功能对植物功能性状、环境因子的响应
•     4.3.1 生态系统功能对植物功能性状的响应
•     4.3.2 生态系统功能对环境因子的响应
•   4.4 讨论
•     4.4.1 不同生活型植物功能性状、生物量及碳储量的差异性
•     4.4.2 植物功能性状与植物初级生产力及碳储量的关系
•     4.4.3 植物初级生产力及碳储量的土壤驱动力分析
•   4.5 小结
• 第五章 植物生物量分配对土壤因子的响应及异速生长分析
•   5.1 研究区植物的选择及生物量分配
•   5.2 艾比湖流域4 种荒漠植物生物量分配（R/S）的土壤驱动力分析
•   5.3 艾比湖流域4种荒漠植物地上、地下生物量的异速生长分析
•   5.4 讨论
•     5.4.1 艾比湖流域4 种荒漠植物生物量分配的异同
•     5.4.2 艾比湖流域4 种荒漠植物具有功能趋同性
•     5.4.3 艾比湖流域4 种荒漠植物生物量分配（R/S）对土壤因子的响应存在物种特异性
•   5.5 小结
• 第六章 植物多样性对生态系统功能的影响
•   6.1 植物多样性对群落初级生产力的影响
•   6.2 植物多样性对群落植物碳储量的影响
•   6.3 讨论
•   6.4 小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 在读期间发表论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张磊

导师: 吕光辉

关键词: 荒漠,多样性,土壤,生物量,地下,生态系统功能

来源: 新疆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 新疆大学

基金: 国家自然科学基金面上项目,“干旱荒漠水盐时空格局下的植物性状变异与多样性维持机制(31560131)”,2016.01.01-2019.12.31,主持人:吕光辉

分类号: Q948

总页数: 75

文件大小: 2008K

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