我国北方三种类型温带草原植物繁殖物候对夜间增温和改变降雨的响应

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自工业革命以来,人类活动的不断加剧使大气中温室气体浓度急剧上升,引起全球气候变暖,并且变暖幅度在夜间大于白天。气候变暖伴随着全球和区域范围内的降雨格局变化。植物物候(包括营养物候和繁殖物候)作为气候变化的指示因子之一,对气候变化有着较为敏感的响应。以往的大多数研究表明,气候变暖和降雨格局变化可以通过改变陆地植物的营养物候和繁殖物候,进而推测植物物候的改变将导致群落结构和生态系统功能(如,总生态系统初级生产力)的变化。然而关于气候变暖和降雨格局变化如何通过改变植物繁殖物候影响植物群落结构和生态系统功能,目前还不清楚。此外,过去关于植物物候对气候变化的响应性研究大多集中在单一草原类型或者研究站点上,其结果在尺度上推和外延过程中遇到一定的困难和挑战。因此,本文利用2013年在我国北方温带草原建立的大型土块(沿自然降雨梯度上的三种类型温带草原:荒漠草原、典型草原和草甸草原)移植实验平台,探究了夜间增温和改变降雨对三种类型温带草原植物繁殖物候及其与群落稳定性之间关系的影响。  本研究主要内容包括:⑴荒漠草原和草甸草原植物的开花时间在夜间增温处理下没有发生变化,而典型草原植物的开花时间却提前了3.7天。减雨分别推迟了荒漠草原、典型草原和草甸草原植物的开花时间4.6、3.5和2.0天;增雨对荒漠草原和典型草原植物的开花时间没有影响,却使草甸草原植物的开花时间提前了2.6天。⑵夜间增温使典型草原植物的结实时间提前了3.2天,而使草甸草原植物的结实时间推迟了1.4天。减雨分别使荒漠草原和草甸草原植物结实时间推迟了5.0天和2.3天,而对典型草原植物的结实时间没有影响;增雨对荒漠草原和典型草原植物的结实时间没有影响,然而使草甸草原植物的结实时间提前了1.9天。⑶荒漠草原植物繁殖持续期在夜间增温处理下延长了2.5天,而典型草原和草甸草原的繁殖期在夜间增温处理下没有发生变化。减雨分别缩短了荒漠草原、典型草原和草甸草原植物的繁殖持续期3.9天、4.5天和2.1天。增雨对荒漠草原和典型草原植物的繁殖持续期没有影响,而延长了草甸草原植物的繁殖持续期2.7天。⑷繁殖持续期的变化引起了物种间繁殖重叠度的变化。夜间增温增加了荒漠草原植物的种间繁殖重叠度1.8天,而对典型草原和草甸草原植物的种间繁殖重叠度没有影响。减雨降低了草甸草原植物的种间繁殖重叠度2.1天,而对荒漠和典型草原植物的种间繁殖重叠度没有影响;增雨分别使典型草原和草甸草原植物的种间繁殖重叠度提高了6.1天和4.0天,而对荒漠草原植物的种间繁殖重叠度没有影响。⑸典型草原和草甸草原植物群落稳定性与其植物种间繁殖重叠度存在正相关关系。即典型草原和草甸草原群落稳定性随着其植物种间繁殖重叠度的加大而提高。然而,荒漠草原植物群落稳定性与其植物种间繁殖重叠度没有相关关系。⑹群落中植物繁殖重叠度的加大或者缩小,可能会引起植物间正相互作用的增加或者减小,从而影响物种间的共存,进而提高或者降低其群落稳定性。减雨通过降低草甸草原的植物种间繁殖重叠度,可能减小了植物间的正相互作用,同时增加了物种间对减雨带来的“风险”的分摊,不利于物种的共存,从而降低其群落稳定性。通过增加典型草原和草甸草原的植物种间繁殖重叠度可能促进了这两种草原植物的种间正相互作用以及对外界干扰的抵抗能力,增雨提高了这两种草原的群落稳定性。结果表明,短期的降雨增加通过加大群落中植物种间繁殖重叠度提高其群落稳定性,这将会提升其群落在面临未来降雨波动时的抵抗能力。
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