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《东北师范大学》 2017年
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基于水热平衡的长白山西坡苔原带植物群落分布格局研究

王雷  
【摘要】:中高纬度和高海拔地区是全球气候变化及其响应的敏感区域,对于全球变化具有重要的指示作用。长白山苔原带是我国最为典型的苔原景观,在气候变暖的背景下,西坡受小叶章等草本植物上侵的影响,植被呈现草甸化趋势,但是这种草本植物入侵苔原的现象在北坡和南坡发生较少。本文以草本植物入侵最严重的西坡苔原为研究对象,通过野外实验监测,分析了植物群落分布格局及其与环境因子的关系;探讨了苔原带植物群落热量和水分的分配特征;在对苔原带主要植物群落进行生态气候识别的基础上,研究了植物群落未来气候情景下的分布格局,得到以下结果:(1)1959-2015年长白山西坡苔原带生长季平均温度整体呈显著的增加趋势,其变化存在比较明显的3-5年和25年左右的震荡周期,突变年份发生在1996年。生长季积温都表现出明显的增加趋势。生长季降水量主要集中在7月份和8月份,近57年来生长季年降水量的波动幅度较大且整体呈不显著的减少趋势。(2)苔原带典型的物种笃斯越桔和宽叶仙女木的地位已经被大白花地榆、小白花地榆及小叶章所取代。西坡苔原带物种丰富度和多样性随海拔呈现出先增加再减少的趋势,呈单峰型态。根据TWINSPAN分类并结合实际调查的情况将西坡苔原带75个样方分成7种植物群落(群丛),通过CCA排序分析发现水热是决定植物群落空间分布的主导因子,土壤养分在决定苔原带植物群落空间分布上也起一定的作用。(3)整个生长季,小叶章群落土壤水分含量最大,牛皮杜鹃群落次之,笃斯越桔群落最小。土壤含水量主要影响因子为蒸散量、太阳辐射和空气温度。三种植物群落的生长季蒸散量差异较小,在整个生长季中牛皮杜鹃的蒸散量最大(210.5mm);笃斯越桔群落次之(199.7mm);小叶章群落的蒸散量最小(191.5mm)。太阳辐射是影响苔原带植物群落蒸散量强弱的主导因子。三种植物群落地表径流量波动幅度较大,且各个群落之间的差别较明显。植物群落生长季地表径流量排序为:小叶章牛皮杜鹃笃斯越桔。地表径流量与降水量、土壤水分含量均呈现出显著的正相关,而与蒸散量呈负相关关系。径流量是苔原带水量的主要支出项。(4)整个生长季中笃斯越桔群落净辐射通量高于牛皮杜鹃和小叶章群落,牛皮杜鹃群落潜热通量最大,笃斯越桔群落次之,小叶章群落最小。生长季旺盛期的潜热通量明显大于生长季初期和末期,其中末期的潜热通量最小。土壤热通量日均值变化波动较大,但总体上都表现为持续下降的趋势。在生长季前期和中期土壤热量由表层向下传递,土壤为热汇;末期土壤为热源。三种植物群落生长季波文比呈U型分布,波文比均值分别为0.69(笃斯越桔),0.64(牛皮杜鹃)和0.66(小叶章),即潜热通量大于感热通量。潜热通量所占净辐射通量比例最高,潜热通量为苔原带植物群落能量散失的主要形式,感热通量次之,土壤热通量最低。(5)本文提出了长白山西坡典型苔原植物群落(牛皮杜鹃,笃斯越桔和宽叶仙女)和草本入侵苔原后的植物群落(小叶章、大白花地榆和单花橐吾)适宜分布的温暖指数和湿度指数生态气候识别方程。在不同气候情景下,到2045年牛皮杜鹃,笃斯越桔和宽叶仙女木群落的适宜分布面积都在缩小,海拔下限和上限(除宽叶仙女木群落)都在上升,其中在RCP8.5情景下,适宜分布面积缩小幅度最大,到2045年海拔下限都升高约75m,牛皮杜鹃和笃斯越桔群落海拔上限升高分别为50m和100m。大白花地榆群落的适宜分布面积和海拔上限都在增加,其中在RCP8.5情景下,适宜分布面积增加最大,海拔上限升幅最大,为100m。低中情景下,小叶章群落和单花橐吾群落的海拔上限没有变化,但是适宜分布面积小叶章呈增加趋势,单花橐吾群落则相反,但在高排放情景下,适宜分布面积和海拔上限都在增加,其中海拔上限升高分别为50m和100m。本文通过以上结果得出了主要结论:水热是决定苔原植物群落空间分布的主导因子。随着未来气候的继续变暖,草本植物群落的适宜分布面积将增加,海拔上限继续升高;而苔原典型植物群落的适宜分布面积将减少,海拔上下限都升高。
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q948.15

【参考文献】
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