全球变化论文提纲

论文题目：全球变化多因子对黄土高原半干旱草地植物群落影响研究

摘要：人类工业化革命以来的各种气候变化因子,如温度增加、降雨格局改变以及大气氮沉降增加等,极大地影响着全球环境。这些全球变化因子对生态系统产生了巨大影响。草地作为地球上最大的陆地生态系统,其自身的脆弱性和对环境变化的敏感性一直是生态学家们关注的重点。我国黄土高原是全球最大的黄土分布区,占地面积约为62万平方公里,是世界黄土分布的70%,而其中60%为半干旱区。黄土高原是我国生态脆弱的地区之一,地表植被对环境变化十分敏感。研究黄土高原草地生态系统对全球变化的响应有助于人们更合理地管理和利用草地。以往研究大多是关注于单一因子对植物群落和功能的影响,而因子间的影响是否有交互作用尚不清楚。因此,构建全球变化多因素交互试验已成为研究地球生态系统对全球变化响应的重要途径和手段。本论文旨在了解和探索全球变暖、降雨格局改变和氮沉降增加对黄土高原草地植物群落的影响及其作用机制,为预测未来植物群落动态及草原管理提供科学依据。本研究始于2015年。试验样地位于宁夏云雾山自然保护区,该区域植被优势种为铁杆蒿（Artemisia sacrorum）、甘青针茅（Stipa przewalskyi）和大针茅（Stipa grandis）。试验样地采用随机区组设计,包括增温、改变降雨和氮添加三个因素。其中增温两个水平（增温和不增温）,改变降雨三个水平（减少30%降雨、不改变降雨和增加30%降雨）,氮添加两个水平（添加氮和不添加氮）。三个因素完全交互共12个处理,设置4个区组,一共48个试验小区。于2015年-2017年生长旺季（8月中下旬）,利用样方调查的方法对每个小区进行群落调查,调查结束后收集样方内植物的地上生物量,并按物种分开,烘干后称重。另在2016年5-8月利用Li-6400 光 合仪和 Li-8100 呼吸仪 测量生 态系统碳通量（包 括净生 态系统 CO2 交换、生态系统呼吸、总生态系统生产力和土壤呼吸）。主要研究结果如下:1.对植物群落结构的影响全球变化因子对植物群落物种丰富度的影响与试验年限具有密切关系。虽然在试验第一年增温、改变降雨和氮添加对物种丰富度均没影响,但是从第二年开始,增温和氮添加对物种丰富度表现出显著的负作用。随着试验年限增加增温和氮添加的负作用加大。改变降雨的效应比增温和氮添加弱,在第三年也没有表现出对物种丰富度的显著作用。但减雨处理和增雨处理相比,第三年减雨样地的物种丰富度显著低于增雨样地的物种丰富度。多样性指数方面,除增温在试验后两年中显著降低了群落香浓维纳多样性指数外,三个变化因子对于辛普森优势度指数和皮埃罗均匀度指数则均没有显著影响。研究表明杂类草丰富度的变化是引起群落多样性改变的最直接原因。不同年份模拟增温、改变降雨和增加氮沉降对黄土高原植物群落结构的影响模式不同。增温在试验第二年通过降低群落中杂类草的多度改变群落结构,而在试验第三年则同时降低了杂类草和禾草的多度。减少降雨在试验第一年降低了禾草的多度,在试验第二年同时降低了杂类草和禾草的多度。氮添加在试验第二年降低了禾草的多度,且在试验第三年同时降低了禾草和半灌木的多度。对盖度的影响方面,增温在第一年增加禾草盖度并降低杂类草盖度,而在试验后两年则仅降低杂类草的盖度。增加降雨在第一年增加了禾草的盖度,在第二年则增加了半灌木的盖度。减少降雨仅在试验第二年降低了杂类草的盖度。氮添加在试验第一年增加了杂类草的盖度并降低了半灌木的盖度。土壤水分是影响群落结构的最重要因素。试验处理改变土壤水分并导致群落结构变化。2.对植物地上生物量及其稳定性的影响全球变化三个因子对植物群落地上生物量的影响主要集中在试验第三年。在第三年,增温降低了群落地上生物量,氮添加增加了地上生物量。其中增温降低了24.61%,氮添加增加了 22.61%。虽然增加降雨在第三年没有显著增加群落地上生物量,但与减雨样地相比,增雨显著增加了群落地上生物量。在试验后两年,增温分别使非优势物种地上生物量显著降低了 3 1.22%和54.42%。减少降雨处理对植物地上生物量的影响与增温相似,也表现为对非优势物种的影响。减少降雨在试验第二年使非优势物种的地上生物量显著降低了 40.35%。增加降雨则通过影响优势半灌木地上生物量进而影响群落地上生物量。氮添加则在试验第三年显著增加了优势禾草地上生物量的66.51%,从而增加群落地上生物量。温度增加、降雨变化和氮沉降增加对植物群落地上生物量的稳定性均没有影响,但存在交互作用。没有氮添加处理时,增温趋于增加稳定性,但在有氮添加处理时,增温边缘显著的降低了稳定性。同样地,在没有氮添加处理时,增加降雨和减少降雨对稳定性均没有影响,但在氮添加处理时,增加降雨则显著增加了群落稳定性。优势种包括优势禾草和优势半灌木地上生物量稳定性对全球变化不敏感。然而,温度增加和氮沉降增加均降低了非优势物种的地上生物量稳定性。另外,植物群落地上生物量稳定性与物种丰富度之间没有关系,而与物种不同步性和优势物种的稳定性之间具有显著的相关关系。这一结果说明单个物种特别是优势物种对全球变化的响应是决定该区域植物群落稳定性的关键因素。3.对生态系统碳通量的影响增温和改变降雨对生态系统碳交换的影响主要集中在生长季中期。在7月份和8月份,增温不同程度地降低了生态系统呼吸（ER）、总生态系统生产力（GEP）和土壤呼吸（SR）,但对净生态系统碳交换（NEE）没有影响。减少降雨除对SR没有影响外,在6、7、8三个月份中对NEE、ER和GEP均具有显著的负作用。增加降雨则对单个月份碳循环指标没有影响。而氮添加仅在5月份显著增加了 SR,对其他月份和碳循环指标没有显著影响。从月平均值看,仅改变降雨对月均值有显著影响。其中减少降雨降低了 NEE、ER和GEP,分别降低了 34.71%、20.00%和26.71%,而增加降雨使SR增加了 17.10%。分析发现生态系统碳循环指标主要受到优势物种的影响,与优势半灌木地上生物量之间具有密切的正相关关系。本研究通过对植物群落结构、生物量以及碳通量的分析,发现增温、改变降雨和氮添加对黄土高原植物群落的影响机制具有相似性。三个全球变化因子带来的土壤水分可利用性的变化是影响黄土高原植物群落最主要的因素。优势物种,特别是优势半灌木对群落的功能和服务起到支撑作用。因此,在未来气候变化背景下,需要重点关注降雨格局的变化以及其对群落优势物种的影响。

关键词：全球变化;黄土高原;植物群落;物种多样性;地上生物量;稳定性;碳通量

学科专业：生态学

摘要

ABSTRACT

第一章 引言

1.1 研究背景

1.1.1 温度增加

1.1.2 降雨格局变化

1.1.3 氮沉降增加

1.2 气候变暖、降雨格局改变和氮沉降增加对植物群落的影响

1.2.1 温度增加对植物群落的影响

1.2.2 降雨变化对植物群落的影响

1.2.3 氮沉降增加对植物群落的影响

1.3 研究中存在的问题

1.4 黄土高原地貌与植被特征

1.5 研究目的

1.6 研究方法与技术路线

第二章 增温、改变降雨和氮添加对黄土高原植物群落结构的影响

2.1 引言

2.2 材料方法

2.2.1 研究区概况

2.2.2 试验设计

2.2.3 植物群落调查

2.2.4 土壤理化性质测定

2.2.5 数据处理与分析

2.3 试验结果

2.3.1 土壤理化性质

2.3.2 物种多样性

2.3.3 群落多度

2.3.4 群落盖度

2.3.5 群落结构差异

2.3.6 土壤理化性质对植物群落的影响

2.4 讨论

2.4.1 土壤理化性质对植物群落的影响

2.4.2 植物物种多样性对全球变化因子的响应机制

2.4.3 全球变化条件下群落结构的变化规律

2.4.4 植物群落对全球变化因子交互作用的响应

2.5 小结

第三章 增温、改变降雨和氮添加对黄土高原植物群落生产力及其稳定性的影响

3.1 前言

3.2 材料方法

3.2.1 样品采集与称量

3.2.2 数据分析

3.3 结果

3.3.1 全球变化多因子对群落地上生物量的影响

3.3.2 全球变化多因子对不同优势类群植物地上生物量的影响

3.3.3 全球变化多因子对地上生物量稳定性的影响

3.4 讨论

3.4.1 增温、改变降雨和氮添加对植物地上生物量的影响

3.4.2 植物地上生物量稳定性的影响因素

3.5 小结

第四章 增温、改变降雨和氮添加对生态系统碳交换的影响

4.1 前言

4.2 材料和方法

4.2.1 数据测定

4.2.2 数据分析

4.3 结果

4.3.1 全球变化多因子对土壤温湿度的影响

4.3.2 全球变化多因子对生态系统碳通量的影响

4.3.3 全球变化多因子对甘青针茅和大针茅光合作用的影响

4.3.4 生态系统碳交换与土壤温湿度的关系

4.3.5 生态系统碳交换与物种个体光合的关系

4.3.6 生态系统碳交换与植物地上生物量的关系

4.4 讨论

4.4.1 土壤温湿度对碳交换的影响

4.4.2 生态系统碳交换对全球变化多因子的响应机制

4.4.3 植物个体光合及生物量对生态系统碳交换的调节

4.5 小结

第五章 总结和展望

参考文献

致谢