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物候学是研究生命周期随季节变化的一门基础学科。对植物群落物候的翔实观测研究有助于人们认识群落结构及其功能的动态变化规律。青藏高原高寒草甸生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,其变化能够预示陆地生态系统变化动态。在全球变化背景下,对青藏高原草地群落物候学研究不仅有助于深入认识草地群落构建机制,并有助于对其功能属性的深入探究,更重要的是为青藏高原高寒草甸生态系统的预测和评估提供基础资料。另一方面,植物对不同功能性状进行权衡,通过表型可塑性达到对异质生境的适应是植物的一种生态对策。矮嵩草(Kobresia humilis)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、棘豆(Oxytropisochrocephala)、麻花艽(Gentiana straminea)是矮嵩草草甸的典型植物,研究其表型反应对揭示草原生态系统的增温与刈割响应机制具有代表意义。本研究以中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站附近的矮嵩草草甸为例,通过设置不同增温梯度与刈割的围封长期试验,研究了矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆和麻花艽的物候特征和茎叶功能性状对增温与刈割的可塑性响应模式。 主要结果如下: 1.短期增温和刈割使矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆和麻花艽植物物候返青始期、开花始期和结实末期均提前,而枯黄末期均延迟。不同种物候的敏感度不同,但4种植物对模拟增温与刈割响应的方式基本一致,增温和刈割延长了植物生长期2-3周。而刈割主要提前了植物的返青始期,对枯黄期的影响较小;增温主要延迟了枯黄期,而对返青期影响较小。 2.在叶片性状方面,与围封相比,模拟增温与刈割导致垂穗披碱草、矮嵩草、棘豆和麻花艽的叶长、叶宽、叶长宽比、总叶面积、单叶面积、总叶质量、单叶质量和比叶质量显著大型化,但叶片数没有表现一定的规律。而茎秆性状、全株性状和叶片性状的响应规律相似,垂穗披碱草、矮嵩草、棘豆和麻花艽的茎性状茎长、茎粗、茎长粗比和茎质量,以及全株功能性状株高、地上总质量和茎质量比叶质量等均显著变大(P<0.05)。 3.与围封相比,增温与刈割导致牧草茎叶性状显著大型化,但3年短期增温和刈割对矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆和麻花艽对叶片数、茎质量比叶质量、叶长宽比、茎长粗比、比叶质量影响不显著,说明其表型高大化现象具有一定的保守性。 4.茎质量、总质量、株高变异性较大,为对模拟增温和刈割响应的敏感性状,而茎粗、叶宽、叶片数等性状较为稳定,为响应模拟增温和刈割的惰性性状。可见,4种植物的茎叶性状对增温和刈割等干扰下具有不同程度的可塑性。 5.偏最小二乘法分析发现叶长、单叶面积、总叶面积、株高、茎长粗比、茎长等性状的投影重要性指标大于1,是导致增温与刈割下4种植物个体生物量增加的主要因子。因此,高化型变是矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆和麻花艽的适应对策,通过不同性状的权衡,充分利用环境资源完成其生活史。熵值法综合评价分析得,刈割、模拟增温促进了非相似群落的形成。