滇西北高山冰缘带关键垫状植物团状福禄草种群动态研究

	滇西北高山冰缘带关键垫状植物团状福禄草种群动态研究
	陈序昉
导师	孙航
关键词	团状福禄草，种群更新，气候变化，化感作用 Arenaria polytrichoides, Population recruitment, Climate change, Allelopathy
摘要	广泛分布于我国青藏高原及横断山高山生态系统中的垫状植物团状福禄草（Arenaria polytrichoides），其特殊的冠层结构对冰缘带极端环境条件具有改良作用，因而对生长于其冠层中的其他物种具有保育作用，进而有效提升并维持冰缘带物种多样性。因此，团状福禄草也被认为是高山冰缘带生态系统中的关键种和奠基种，其种群动态（包括种群衰退、更新与扩张及其相应过程）对于冰缘带生态系统功能稳定性与持续性具有关键的调节作用。但是，由于团状福禄草自身生长发育极为缓慢，难以完整地监测其种群动态过程，更难以解析其种群动态的环境驱动因子，目前对团状福禄草种群动态及其环境驱动因子研究仍相对较少。此外，全球气候变化和人为干扰的加剧，也使高山生态系统功能稳定性与物种多样性受到持续威胁。团状福禄草植株生存也同样受到影响，作为冰缘带生态系统的关键种，其种群的稳定将直接决定着冰缘带生态系统的功能稳定性以及物种多样性的长期维持。本研究选取滇西北高山冰缘带中8个代表性团状福禄草种群，从植物开花、结果、种子萌发、幼苗建成以及成年植株衰亡等不同生活史阶段全面解析团状福禄草种群衰退与更新过程及其相关的环境影响因子。通过研究的开展，预测团状福禄草种群的动态发展趋势，并预测滇西北高山冰缘带生态系统在未来气候变化背景下的潜在发展趋势。主要结果如下：（1）团状福禄草种群密度与其空间分布情况随海拔发生显著变化。种群密度随海拔上升而增大。种群年龄结构随海拔发生变化，低海拔种群呈衰退型，而高海拔种群呈扩张型。此外，低海拔种群存在大量的团状福禄草痕迹，该现象表明低海拔群落曾被团状福禄草植株大量占据，而现存种群处于衰退状态。（2）团状福禄草土壤种子库属瞬态种子库，埋藏于所有海拔不同生境的种子均在次年生长季中失去萌发活性，说明其种群更新与土壤种子库的补充极度依赖于前一年成熟种子。另一方面，野外埋藏种子的活性随海拔升高而升高，说明，团状福禄草种子在高海拔生境中更易于维持其种子活性。（3）团状福禄草成年植株个体表面着生物种组成与着生物种盖度在不同海拔之间存在明显差异。整体而言，植株表面着生物种盖度随海拔升高而降低，植株表面死亡面积与其表面着生物种盖度呈显著正相关，说明，团状福禄草与其表面着生物种呈竞争关系，且竞争强度随海拔升高而减弱。（4）团状福禄草表面开花面积与其表面着生物种盖度呈负相关关系。着生物种对植株总的结实面积无显著影响。但被着生物种覆盖的植株表面区域，植株开花数量与结实数量呈现明显下降。不同环境条件下（即不同种群）团状福禄草种群生产力存在显著差异。其中，普津郎巴高海拔种群与浦勇种群的种群生产力显著高于其他不同地点的种群，玉龙雪山种群的生产力最低。种群生产力的差异，可能与各种群所处的微环境条件或种群年龄结构差异相关。（5）完全缺水条件下种子无法萌发，但水分足够时，团状福禄草则表现出了较高的种子萌发率。此外，温度与光照同样会对团状福禄草种子萌发率与萌发速度产生影响，且对幼苗存活率存在交互影响。（6）生长时长不足的幼苗在分别受到寒冷、干旱与寒冷干旱逆境短期胁迫时生存率下降，且受短期逆境胁迫的植株在进行越冬处理时相比未经历胁迫的植株死亡率更高。另一方面，在最适生长条件下生长120天后进入越冬处理的幼苗未出现死亡情况，且处理后植株仍保持较好的生长形态；此外，幼苗在出芽后生长时长不足时越冬将呈现出极高的死亡率。新生幼苗至少需要在最适条件下生长足够时长（90天），才能获得充分的越冬能力。即，种子萌发后当年的生长季节长短将直接决定其当年的越冬能力，并进一步决定种群未来的更新概率。（7）低海拔地区优势物种高山嵩草对团状福禄草具有潜在的化感作用，部分化感提取物可在特定浓度下对团状福禄草种子萌发与幼苗生长发育产生明显抑制作用。中海拔地区优势物种则对团状福禄草幼苗生长发育产生促进作用。（8）根据对各海拔物种组成以及对相同海拔不同着生盖度的团状福禄草的观察，我们推测团状福禄草与其所处群落内的优势物种存在竞争作用，而对群落内其他物种存在促进作用。这种促进作用将随团状福禄草个体的死亡而消失。此外，综合各海拔种群内物种变化，我们推测在未来气候变化背景下，现有的团状福禄草种群将会按如下过程进行演替：1、群落中各种物种随机侵入团状福禄草冠层，此阶段团状福禄草表面盖度较低，较少发生死亡；2、各海拔优势物种如高山嵩草、狮牙草状风毛菊、以及短轴嵩草持续侵入团状福禄草冠层表面，表面覆盖程度显著上升，并引起团状福禄草冠层逐渐死亡；3、团状福禄草植株完全死亡，各海拔优势物种丰度在群落内丰度增加；4、各海拔优势物种最终被高山嵩草取代，群落成为高山嵩草草甸。; Arenaria polytrichoides is a typical cushion-forming plant which is widely distributed in the Qinghai-Tibet Plateau and the Hengduan Mountains. Its special canopy structure can effectively modify the severe micro-environments hence offering suitable micro-sites for other less stress-tolerant species, which further increases the local and regional species diversity in alpine ecosystems. Therefore, A. polytrichoides is considered as a keystone and foundational species in the alpine ecosystems. As a result, its population dynamics (including population degeneration, regeneration and expansion and the corresponding processes) will definitely play important role in regulating the stability and sustainability of the alpine ecosystems. However, due to the extremely slow growth rate, it is quite difficult to completely monitor the population dynamic processes of this species, not to mention uncovering the underlying driving mechanisms. With the advancing of global climate change and the increasing of human disturbance, the stability and species diversity of the alpine ecosystems are confronting more and more challenges. As a keystone species, the stability of A. polytrichoides populations will highly probably determine the stability of alpine ecosystems. In this study, we selected eight populations of cushion A. polytrichoides in Northwestern Yunnan to reveal its population dynamic processes, including flowering, fruiting, seed germination, seedling establishment and the degeneration of previously established adult individuals. We also tried to uncover the relevant potential underlying driving mechanisms. By this study, we can effectively predict the dynamics of cushion A. polytrichoides populations and hence the potential developments of the alpine ecosystems in Northwestern Yunnan under the background of future climate change.
语种	英语
	2022-05
学位授予单位	中国科学院大学
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/75181
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	陈序昉. 滇西北高山冰缘带关键垫状植物团状福禄草种群动态研究[D]. 中国科学院大学,2022.

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陈序昉-最终版本CXF修改157e42f（2822KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-SA	请求全文