极端气候事件(干旱和降雨)对青藏高原东部高寒草甸土壤生态过程和植物生物量的影响

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在过去几十年的研究中,气候渐变趋势的研究(尤其是增温和二氧化碳倍增实验)比突发气候变化事件(比如极端干旱和极端降雨)的研究要广泛、细致得多。除了增温以外,降水变化是近年来备受关注的研究热点之一。这些研究的注意力从最开始的农作物和干旱生境(沙漠)植物逐渐转移到森林生态系统乃至草地生态系统,实验手段也开始关注降水和干旱事件的持续时间长短、出现次数的变化,得出的研究结果主要是极端干旱和降雨对植物种群、群落的生产力和组成格局的影响,以及对生态系统养分动态的影响。而这类极端研究主要集中在欧洲和北美,包括中国在内的其他区域开展得还很少。因此,由于当前实验研究开展得还不够广泛和深入,我们对极端天气事件是如何影响生物多样性以及生态系统功能还缺乏大量的认识。位于我国青藏高原东部的高寒草甸是我国重要的草地生态系统类型之一,已有研究表明该生态系统对气候变化较为敏感。而现全球变化的表现形式多样,包括趋势性气候变化以及频发的极端气候事件。据相关的预测显示,该区域在未来面对着明显的气候变化,其中极端气候事件发生的强度和频度都会增加。据预测,青藏高原的气候变化特别显著,同时,它也是气候变化最敏感的区域之一。但是,险远、高寒的环境使得在此开展长期的生态学研究工作特别不易。本研究利用试验站的支持,在野外开展长时间的监测,不仅有助于增加我们对于这一独特生态系统的理论知识,而且具有提高寒牧区生态系统管理水平和科学应对气候变化能力的现实意义。  本文于2010-2011通过在青藏高原东部高寒草甸的生长季旺季(2010年),末季(2010年)及初季(2011年)进行极端气候事件的模拟,施加的处理包括百年一遇的极端干旱事件和极端降雨事件,初步研究了极端降水事件对青藏高原东部高寒草甸土壤生态过程等方面的影响。主要结论如下:⑴土壤生态过程对极端降雨事件的响应表现出差异。在生长季的不同时期,土壤生态过程对于极端干旱的响应较降雨事件强,而其中又以生长季旺期极端干旱事件对其影响最大。⑵在微生物养分组成和土壤动物群落特征所表现出来的响应,两种极端气候都能够显著的影响土壤生物特性从而在养分循环和生物多样性及功能过程影响土壤的碳氮等重要营养元素的循环路径。⑶土壤动物群落在极端气候条件下,土壤动物群落不能种类的数量变化特征比较明显。尤其是优势种在两种极端气候条件下表现出了不同的变化特征。主要体现在湿生和旱生土壤动物数量以及土壤不同层次土壤动物的迁移和逃避行为上。⑷在面对两种极端气候,从土壤各养分及功能特征指标上来看,高寒草甸的土壤生态系统在面对百年一遇的极端气候(干旱和降雨)有着较高的系统弹性,其指标在时间线上的趋势表明在百年一遇的极端气候条件下虽然都有滞后效应,但在后期恢复过程中其功能指标都在弹性范围之内。⑸植物群落生物量对极端降水事件表现出差异响应。生长季初期与生长旺期的处理相比,极端降雨对群落生物量的影响更大,并且相对于植物的地下部分主要影响其地上生物量。
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