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《兰州大学》 2019年
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围封对祁连山高寒草甸优势物种和植物群落光合特性的影响及生产力模拟研究

刘俊杰  
【摘要】:高寒草甸是我国重要的草地资源,自古就有“高原肉库”的美称。祁连山高寒草甸在民生、生态等方面有着重要的战略意义。近些年来由于自然和人为因素的影响,祁连山的草地严重退化,对高寒草甸的可持续发展产生威胁,进而影响祁连山草地生态系统服务功能的发挥。放牧和围封是人类对高寒草甸系统的主要干扰方式,在不同强度的干扰下,草地生产力将发生哪些变化?对光合作用的认知便成为了重要的研究课题,也是高寒草甸碳循环研究的基础。了解高寒草甸优势种群在围封和放牧条件下的植物叶片光合能力、群落土壤呼吸和生态系统光合速率对理解草甸的生长状况、演替过程和估算整个生态系统的碳固定量十分重要,也可以为高寒草甸的管理和生态服务评估提供理论依据。本文以围封5年和常年放牧条件下垂穗披碱草(Elymus nutans)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)优势种及群落为研究对象,以它们光合生理参数差异为切入点,通过野外调查结合光合模型以及尺度转换的研究方法揭示相关植物物种和群落的光合能力,主要研究结果如下:(1)叶片气体交换参数的日变化模式显示,垂穗披碱草和鹅绒委陵菜的净光合速率变化模式有明显的双峰型特征且第二峰值出现的时间约为17:30。(2)垂穗披碱草和鹅绒委陵菜在围封5年区域内的光合效率、CO_2和H_2O同化速率显著高于放牧区,围封5年对垂穗披碱草的光合能力比对鹅绒委陵菜的光合能力有更好的提升效果,这种效应在生长季后期尤为明显。(3)群落系统CO_2通量的日变化模式为单峰型特征,峰值在14:00左右出现,季节性变化模式表明植被群落在8月左右为一个CO_2强吸收期;植物群落在围封5年区域内的地上生物量、生态系统初级光合、生态系统暗呼吸、CO_2净交换均显著高于放牧区,但是RES/GEP值均低于放牧区。(4)引入植物高度后的NRH方程(H-NRH)在精度上优于传统的NRH方程,H-NRH能更方便快捷的预测物种不同生长状态的PLR曲线。(5)单一物种植物群落呼吸速率在生长季初期日变化为近平坦型,在中期和后期为午间降低型,鹅绒委陵菜群落和垂穗披碱草群落的土壤呼吸在日尺度和生长季尺度上均可以用植物群落生态系统呼吸的65.9%和60.7%来表示。(6)单一物种植物群落呼吸速率在生长季尺度上呈现出先增大后缓慢降低的变化规律,单一物种植物群落生长季不同时期的生态系统呼吸和土壤呼吸速率依次为:生长季中期生长季后期生长季前期。(7)利用叶片尺度净光合速率结合叶片有效光照比例、群落叶片数目、叶面积指数和健康叶片比例等4个关键参数估算单一物种群落的净光合速率效果较好,不同测量时期垂穗披碱草群落和鹅绒委陵菜群落的相关系数分别为0.7607、0.8866、0.7807和0.9130、0.9001、0.9144,且对鹅绒委陵菜群落净光合速率的拟合效果较好。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S812

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