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全球变化和人类活动的双重影响下,青藏高原生态问题日益严峻。本研究在青藏高原的半干旱区和半湿润区(下文简称:两区)多年冻土区,分别选择了一个典型流域,即疏勒河上游和冬珂玛底流域。通过野外对两区植被、冻土上限埋深及若干环境因子的监测和室内实验分析,认识了青藏高原主要植被类型及典型植物群落学特征;分析了环境因子变化对地上植物群落类型异质性以及群落学特征的影响,并探讨了影响其变化的关键环境因子及发生机制;定量描述了冻土上限埋深对地上植被物种多样性、植被盖度和生物量特征等的影响,及其在半干旱区和半湿润区的差异性。旨在揭示高寒生态系统对环境胁迫的响应与适应机制,为青藏高原高寒生态系统服务功能的可持续经营和发展提供科学依据,并丰富寒区生态水文学的基础研究。
主要结论如下:
(1)两区植被类型基本一致,其中高寒草甸是两区最典型的地带性植被类型,物种组成均以多年生草本为主。不同植被类型植被盖度或生物量相比:沼泽草甸>高寒草甸>草原化草甸。生物量垂直结构上,地下生物量明显高于地上生物量,且差异悬殊;地下40 cm深度生物量呈“倒金字塔”分布。生物量的垂直格局特征反映了植物自身对低温胁迫环境和外界环境变化的策略或适应性。
(2)不同的植被类型,物种多样性与生态系统功能间的关系存在着差异。在沼泽草甸两者间没有相关性;而在高寒草甸,两者间存在着显著的正相关,随着物种多样性的降低,植被生产力降低,体现了不同物种对有限资源利用上的生态位互补效应。这说明,在青藏高原物种多样性加速丧失的情况下,沼泽草甸的生产力不会因此而降低,但高寒草甸的生产力将显著降低。
(3)环境梯度变化对地上植被特征及植物群落异质性具有很好的解释性。在半湿润区,RDA排序表明,多样性指数、生物量和盖度与环境特征累计解释量高达88.5%,特别是盖度和生物量对环境梯度变化的响应最为明显。其结果与半干旱区CCA排序结果一致。但影响两区地上植被特征的关键环境因子有所差异,在半湿润区关键环境因子为冻土上限埋深和土壤有机质含量,而在半干旱区,关键环境因子为冻土上限埋深和土壤含水量。RDA和CCA排序均说明了冻上限埋深在各环境因子中的主导效应。
(4)冻土上限埋深对地上植物群落类型及物种的分布具有重要影响。在冻土上限埋深较浅约2m时,两区均是以莎草科为优势种的植物群落,而冻土上限埋深在3-4 m或大于4 m时,地上植物群落的优势种为禾本科或非莎草科的其它科物种。随着冻土上限埋深的增加,莎草科物种重要值降低,禾本科或其它非莎草科物种重要值增加,地表植被物种组成具有从湿生型物种向中生型物种转变的趋势。
(5)两区植被盖度和生物量随着冻土上限埋深的增加,地上植被盖度和生物量均呈现明显的下降趋势。盖度和生物量与冻土上限埋深间均有显著的负相关,但在半干旱区两者的相关性均高于半湿润区。物种丰富度和物种多样性对冻土上限埋深的响应在两区存在明显的差异。在半干旱区,物种丰富度和多样性随着冻土上限埋深的增加具有明显的单调下降趋势;而在半湿润区,物种丰富度和多样性随着冻土上限埋深的增加,呈现先增加后降低的非单调趋势,且在中性环境下达到最大值。这说明,在不同的生态地理区域,植被对冻土埋深的响应存在差异,在半干旱区,植被特征对冻土变化的响应更明显。