種子出苗是植物最早的生活史階段,種子出苗特性(出苗時間、出苗率、出苗速率等)對植物后續(xù)功能特征的表達以及適合度都具有深遠影響。種子出苗也是植物生活史最脆弱的階段,對環(huán)境變化非常敏感,最易受到氣候變暖的影響。因此對植物出苗特性及其與生長繁殖對氣候變暖的響應進行研究,有助于我們更好地理解氣候變暖對植物種群動態(tài)、植物群落結構以及生態(tài)系統(tǒng)功能的影響機制。本研究以青藏高原高寒草甸植物為研究對象,研究了其種子出苗生態(tài)學特征,同時通過人工模擬增溫的手段研究了植物出苗特性、生長、繁殖對增溫的響應,以及各響應間的相互關系。本論文主要包括三個野外實驗:1)以青藏高原高寒草甸265個物種為研究對象,研究其種子出苗特性;2)采用開頂式增溫箱模擬氣候變暖,研究了氣候變暖對以上植物出苗行為的影響;3)以12個高寒草甸物種為研究對象,采用開頂式增溫箱模擬氣候變暖,研究了氣候變暖對植株高度、總生物量干重、根冠比、繁殖投入和繁殖分配等植物功能特性的影響,并分析這些植物功能性狀與種子出苗特性的關系。本論文的主要結果和結論有以下幾個方面:(1)青藏高原高寒草甸植物的出苗特征青藏高原高寒草甸植物的野外出苗率普遍較低,大部分物種的出苗高峰期出現在春季,出苗高峰期出現在秋季和夏季的物種相對較少。系統(tǒng)發(fā)育和種子大小是影響野外種子出苗時間的兩個最大因素。植物的出苗特征具有顯著的系統(tǒng)發(fā)育保守性,親緣關系相近的物種往往具有相似的出苗行為�？傮w水平上,小種子植物的出苗顯著早于大種子植物。出苗時間對出苗率有顯著影響,早出苗的物種往往具有較高的出苗率,也就是說在種子成熟擴散后隨著時間的推移出苗率將逐漸降低。植物的出苗時間是其根據自身特征進行權衡的結果,較早的出苗可使植物獲得較高的出苗率,也有利于其提前占據資源空間,但是它們卻會因此面臨更長時間的低溫和霜凍帶來的傷害。(2)增溫對高寒草甸植物出苗行為的影響增溫導致部分物種的出苗受到限制,導致整體水平上物種平均出苗率下降,種間出苗時間趨于集中。增溫對一年/兩年生物種種子出苗的影響不顯著,但是增溫后多年生物種的種間出苗率出現分化,種間出苗時間趨向集中。這就意味著在將來氣候變暖的情況下多年生物種的時間生態(tài)位重疊增加,因此其將經歷更大的種間競爭壓力。增溫后大種子植物和小種子植物的出苗時間趨向一致,同時增溫顯著提高了大種子植物的出苗率,這表明增溫有助于群落中大種子植物種群的增長。系統(tǒng)發(fā)育和增溫對出苗率和出苗時間的影響存在顯著地交互作用。植物出苗對增溫的響應往往會因不同的科而異,增溫后有些科內植物的出苗變好,而有些科內植物的出苗變差。因此增溫可能會改變群落內的系統(tǒng)發(fā)育組成(譜系結構)。增溫導致群落中的優(yōu)勢種出苗時間推遲且種間出苗時間趨于集中,而稀有種的種間出苗率出現分化,這也可能會使群落結構在氣候變暖后發(fā)生變化。(3)增溫對生長發(fā)育和繁殖的影響及其與植物出苗行為特征的關系增溫導致出苗高峰期在秋季的物種平均出苗時間推遲,而出苗高峰期在春季/夏季的物種平均出苗時間提前。增溫使整體水平上物種的平均植株高度和生物量顯著增加,但是出苗高峰期在秋季的物種的平均株高和生物量在增溫后并未明顯增加,這可能與增溫導致秋季出苗推遲有關。在整體平均水平上氣候變暖對青藏高原高寒草甸植物的根冠比沒有顯著影響。這表明氣候變暖后,青藏高原高寒草甸植物根系對水分和營養(yǎng)物質吸收的難易程度并未發(fā)生顯著變化,因此該地區(qū)植物不需要通過改變資源在地上和地下部分的分配來調節(jié)自身對水分和營養(yǎng)的吸收能力。增溫后植物營養(yǎng)生長比例增加,繁殖分配下降。另外,在對照條件下植物的出苗時間對繁殖投入僅有直接作用而沒有間接作用,而增溫條件下出苗時間不僅可以直接影響繁殖投入,而且可以通過其他植物性狀間接影響繁殖投入。這說明氣候變暖后出苗時間對其他植物性狀的影響更加顯著。增溫與物種在影響植物生長發(fā)育和繁殖方面均存在顯著地交互作用,這表明植物的生長繁殖對增溫的響應會在不同的物種間存在差異。因此,增溫后各物種在群落內的相對優(yōu)勢度可能會改變。
【學位單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S812

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本文編號：2825562