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降水改变对植被地下生物量的影响及其机制

李桢  
【摘要】:在全球变化背景下,陆地生态系统的降水格局已经发生了显著的改变,这将对生态系统结构和功能产生深远的影响。植物地下生物量作为生态系统生产力的主要组成部分,在碳循环的研究中起着重要的作用。然而,目前关于生物量与降水关系的研究主要集中在植物地上部分,对地下部分的研究十分薄弱,这将加大我们准确预测全球变化下陆地生态系统植被动态变化的难度。为了更准确的评估和预测未来降水格局改变背景下陆地生态系统地下生物量的变化,亟需结合多种手段来探讨降水格局改变对地下生物量的影响及其内在机制。本研究以陆地生态系统地下生物量为研究对象,综合了整合分析和样带调查等方法分别在全球尺度上探讨了植物地下生物量对降水变化的敏感性及其主要调控机制。在此基础上,深入研究了亚热带森林地下生物量的区域分布,量化了气候条件、土壤因素以及根系属性对根系空间分布格局的影响。本研究的主要结果如下:(1)通过对全球模拟降水实验数据的整合分析,探讨了生态系统地下生物量对模拟降水变化的响应及其敏感性,结果显示:增雨和减雨都促进了地下生物量的增加,地下生物量对模拟降水改变的响应受生态系统类型、气候条件和实验因素的影响。草地对增雨和减雨的敏感性分别是森林的5.63和2.69倍。地下生物量对降水增加的敏感性与温度负相关。草地地下生物量对减雨的敏感性与减雨幅度显著相关。这些结果表明,在实验性降水变化范围内,草地地下生物量对降水变化的响应更显著,温度是影响地下生物量降水敏感性的主要气候因素。(2)基于全球长期样带定位监测的生物量数据,研究了降水梯度下生态系统地下生物量对降水变化的响应机制,以及地下与地上生物量对降水的差异性响应。结果显示:地下生物量的敏感性与年均温相关(R2=0.46,P0.05),地上生物量的敏感性受年降水量的影响(R2=0.70,P0.05),这可能与降水利用效率的改变和植被群落组成有关。并且,草地地下生物量沿降水梯度的变异性比森林更大,其地下生物量的敏感性主要受到总生物量而非生物量分配的影响。(3)通过亚热带降水梯度样带调查,探索了亚热带常绿阔叶林地下生物量沿降水梯度的空间分布规律,并从降水对根系性状的调控方面深入研究了亚热带森林细根生物量对降水格局的响应机制。结果显示:降水显著影响0-10 cm和20-30 cm 土层细根生物量,表现为降水每增加1 mm,细根生物量分别增加25.88 g m-2和4.07gm-2。比根长与细根生物量显著负相关,比根长、年均降水量和细根长度是决定细根生物量的重要因子。总体而言,气候土壤和根系性状对地下生物量的相对贡献分别为52.8%、31.6%和15.7%,三者共同影响了地下生物量的变化。这些结果强调了根系形态对生物量的重要调控作用,表明在区域尺度上降水可能通过改变植物性状进而影响地下生物量。综上所述,我们通过探讨降水对陆地生态系统地下生物量的影响,揭示了地下生物量对降水变化的响应机制及其敏感性差异。这些结果是认识生产力沿降水梯度的变异特征和探讨其生物和非生物因素的关键,为进一步认识生态系统对降水变化的响应机理提供理论依据,也为评价未来气候变化对不同地区生态系统碳循环的影响提供参考。


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