本書基于高原植被樣帶的調(diào)查數(shù)據(jù)，揭示從亞熱帶森林到高寒植被帶的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征參數(shù)的海拔分布格局及其驅(qū)動機制；基于典型林線的長期定位觀測數(shù)據(jù)，明晰林線過渡帶不同生活型植物功能性狀隨海拔的變化機理，揭示樹木生長的季節(jié)變化特征及生理生態(tài)調(diào)控機制，量化林線樹木生長及氮循環(huán)對全球變化的響應(yīng)，闡明氣候變暖下森林更新受限與林線穩(wěn)定性機制。全書內(nèi)容系統(tǒng)全面、資料嚴(yán)謹翔實，填補了全球海拔最高林線長期定位觀測研究的數(shù)據(jù)空白。
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國家自然科學(xué)基金面上項目41571046，主持人
目錄
第1章 緒論 1
1.1 高山林線的研究背景及意義 2
1.2 高山林線形成機理研究 3
1.2.1 林線的定義、類型及研究階段 3
1.2.2 全球林線分布格局與低溫限制閾值 4
1.2.3 有關(guān)林線形成的假說 4
1.3 高山林線植物生理生態(tài)特性研究 6
1.3.1 光合特性 6
1.3.2 養(yǎng)分利用狀況 7
1.3.3 水分利用狀況 7
1.4 相關(guān)研究熱點評述與展望 8
1.5 藏東南高山林線定位觀測研究平臺介紹 .11
參考文獻 14
第2章 青藏高原植被樣帶生物量和生產(chǎn)力的變化格局 23
2.1 地上生物量地理分異及其氣候驅(qū)動機制 26
2.1.1 地上生物量的測定方法 27
2.1.2 不同植被類型的地上生物量變化 29
2.1.3 地上生物量的海拔分布格局 30
2.1.4 地上生物量與溫度和降水的關(guān)系 30
2.1.5 討論 30
2.1.6 小結(jié) 34
2.2 地下生物量地理分異及其氣候驅(qū)動機制 34
2.2.1 地下生物量的測定方法 35
2.2.2 青藏高原植被樣帶地下生物量與溫度和降水的關(guān)系 38
2.2.3 青藏高原植被樣帶不同植被類型根冠比的變化 39
2.2.4 基于氣候因子的MRERBD 模型驗證 41
2.2.5 討論 43
2.2.6 小結(jié) 46
2.3 凈初級生產(chǎn)力和葉面積指數(shù)地理分異及其氣候驅(qū)動機制 46
2.3.1 凈初級生產(chǎn)力和葉面積指數(shù)的測定方法 48
2.3.2 不同植被類型凈初級生產(chǎn)力和葉面積指數(shù)的差異性及其空間變化格局 49
2.3.3 氣候和土壤因子等自變量間的相關(guān)性 52
2.3.4 凈初級生產(chǎn)力和葉面積指數(shù)與氣候因子的關(guān)系 53
2.3.5 凈初級生產(chǎn)力和葉面積指數(shù)與土壤養(yǎng)分因子的關(guān)系 53
2.3.6 討論 56
2.3.7 小結(jié) 61
參考文獻 61
第3章 從亞熱帶森林到高寒植被帶植物功能性狀及生產(chǎn)力變化的驅(qū)動機制 69
3.1 葉功能性狀的海拔格局及其氣候驅(qū)動機制 71
3.1.1 葉功能性狀的測定方法 72
3.1.2 單葉尺度與冠層尺度葉性狀間關(guān)系的比較 76
3.1.3 單葉尺度與冠層尺度葉性狀海拔格局的比較 78
3.1.4 冠層平均葉性狀與林分特征的關(guān)系 78
3.1.5 冠層平均葉性狀與氣候和土壤因子的關(guān)系 79
3.1.6 討論 80
3.1.7 小結(jié) 83
3.2 植物葉功能性狀對生產(chǎn)力空間分異的指示 84
3.2.1 葉功能性狀與生產(chǎn)力數(shù)據(jù)的獲取方法 85
3.2.2 青藏高原植被樣帶葉δ13C、葉氮含量和凈初級生產(chǎn)力的關(guān)系 88
3.2.3 葉δ13C的全球格局及其與氣候變量和凈初級生產(chǎn)力的關(guān)系 90
3.2.4 討論 91
3.2.5 小結(jié) 97
3.3 葉功能性狀對生產(chǎn)力季節(jié)動態(tài)的指示 97
3.3.1 葉功能性狀的測定及凈初級生產(chǎn)力的估算方法 99
3.3.2 不同年齡葉δ13C 及相關(guān)性狀的季節(jié)動態(tài)及與氣候因子的關(guān)系 101
3.3.3 葉δ13C和氮含量的季節(jié)動態(tài)及其與凋落物量、葉面積指數(shù)和凈初級生產(chǎn)力的關(guān)系 103
3.3.4 凋落物量動態(tài)對新葉氮含量、淀粉含量和δ13C 的影響 104
3.3.5 討論 105
3.3.6 小結(jié) 107
參考文獻 108
第4章 從亞熱帶森林到高寒植被帶植物養(yǎng)分利用效率變化的驅(qū)動機制.117
4.1 植物功能性狀對生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分利用效率的指示意義 .119
4.1.1 植物功能性狀及冠層養(yǎng)分利用效率的測定方法 120
4.1.2 新葉碳、氮、磷含量及化學(xué)計量學(xué)的海拔趨勢 124
4.1.3 葉壽命和地下部分比例的海拔分異及其對冠層干物質(zhì)產(chǎn)量和新葉養(yǎng)分含量的影響 125
4.1.4 冠層養(yǎng)分利用效率各組分與葉壽命和地下生物量比例的關(guān)系 126
4.1.5 討論 128
4.1.6 小結(jié) 129
4.2 葉壽命指數(shù)對森林植被地帶性分布的指示意義 129
4.2.1 葉壽命的測定方法 130
4.2.2 葉壽命與年平均氣溫和年降水量的關(guān)系 136
4.2.3 模擬的中國森林植被葉壽命指數(shù)地理分區(qū) 136
4.2.4 討論 136
4.2.5 小結(jié) 139
參考文獻 139
第5章 林線過渡帶微氣候要素的時空變化格局 145
5.1 土壤溫度和水分的時空變化格局 147
5.1.1 土壤溫度和水分的測定方法 149
5.1.2 土壤溫度和水分日均值以及日溫度振幅的季節(jié)動態(tài)特征 157
5.1.3 季節(jié)性平均土壤溫度和水分的空間變化 158
5.1.4 討論 162
5.1.5 小結(jié) 165
5.2 生長季早期凍害事件的時空變化格局 165
5.2.1 生長季早期凍害事件特征的測定方法 167
5.2.2 生長季早期凍害事件隨坡向和年份的變化 170
5.2.3 生長季開始時間的變化及其對生長季早期凍害事件的影響 171
5.2.4 地表輻射的變化及其對生長季早期凍害事件的影響 172
5.2.5 討論 176
5.2.6 小結(jié) 179
參考文獻 179
第6章 林線過渡帶不同生活型植物δ13C 及其生理生態(tài)學(xué)意義 189
6.1 葉穩(wěn)定碳同位素組成隨物種及生活型的變化特征 191
6.1.1 穩(wěn)定碳同位素比值（δ13C）的測定方法 192
6.1.2 葉穩(wěn)定碳同位素比值指示研究區(qū)植物屬于C3 光合途徑 194
6.1.3 同一生活型不同物種間的δ13C 差異 195
6.1.4 不同生活型之間的δ13C 差異 195
6.1.5 討論 195
6.1.6 小結(jié) 197
6.2 不同生活型植物葉δ13C 及其相關(guān)葉性狀的海拔分異 197
6.2.1 穩(wěn)定碳同位素比值及相關(guān)葉性狀的測定方法 199
6.2.2 在物種及生活型水平上δ13C 的海拔分異 200
6.2.3 相關(guān)葉性狀、淀粉及非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量的海拔分異 200
6.2.4 葉δ13C與相關(guān)葉性狀、淀粉及非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量的相關(guān)關(guān)系 202
6.2.5 討論 205
6.2.6 小結(jié) 211
6.3 冠層高度和葉齡對植物δ13C及其相關(guān)葉性狀的影響 212
6.3.1 穩(wěn)定碳同位素比值及相關(guān)葉性狀的測定方法 213
6.3.2 δ13C、葉性狀、淀粉及非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量隨取樣高度的變化規(guī)律 213
6.3.3 δ13C、葉性狀、淀粉及非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量隨葉片年齡的變化 214
6.3.4 δ13C 與相關(guān)葉性狀、淀粉及非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量的關(guān)系 217
6.3.5 討論 219
6.3.6 小結(jié) 222
參考文獻 223
第7章 林線過渡帶植物功能性狀隨海拔的變化機理 229
7.1 生長速率和光合能力隨海拔的變化機理 231
7.1.1 生長速率及光合速率的測定方法 232
7.1.2 杜鵑最大凈光合速率隨海拔變化及其與葉性狀的關(guān)系 240
7.1.3 山生柳最大凈光合速率隨海拔變化及其與葉性狀的關(guān)系 242
7.1.4 杜鵑相對生長速率隨海拔變化及其與葉功能性狀的關(guān)系 243
7.1.5 山生柳相對生長速率隨海拔變化及其與葉功能性狀的關(guān)系 250
7.1.6 討論 252
7.1.7 小結(jié) 260
7.2 葉構(gòu)建成本對高山植物生態(tài)適應(yīng)性的指示 261
7.2.1 葉構(gòu)建成本的測定方法 262
7.2.2 葉構(gòu)建成本及其組分隨海拔的變化 263
7.2.3 葉構(gòu)建成本與其組分的關(guān)系 264
7.2.4 討論 264
7.2.5 小結(jié) 266
7.3 不同生活型植物葉水勢變化與土壤低溫的關(guān)系 267
7.3.1 葉水勢的測定方法 269
7.3.2 植物露點水勢的季節(jié)動態(tài) 270
7.3.3 土壤溫度、水分變化對植物露點水勢的影響 271
7.3.4 討論 272
7.3.5 小結(jié) 274
參考文獻 274
第8章 樹干液流與樹冠蒸騰的季節(jié)變化特征及其驅(qū)動因子 285
8.1 樹干液流與葉水勢的測定方法 288
8.1.1 研究地點 288
8.1.2 樹干液流監(jiān)測及液流速率計算 289
8.1.3 葉水勢測定 290
8.1.4 數(shù)據(jù)分析 291
8.2 樹干液流與樹冠蒸騰的季節(jié)變化特征 292
8.2.1 樹干液流的季節(jié)動態(tài)變化特征 292
8.2.2 急尖長苞冷杉葉水勢的日動態(tài)和季節(jié)動態(tài) 295
8.3 樹干液流與樹冠蒸騰季節(jié)變化的驅(qū)動因子 296
8.3.1 生長季樹干液流的日動態(tài)及其對水汽飽和差的敏感性 296
8.3.2 夏至日前后樹干液流密度與環(huán)境因子的關(guān)系 298
8.3.3 生長季早期土壤低溫對樹木蒸騰的限制作用 300
參考文獻 302
第9章 樹木徑向生長的季節(jié)變化特征及其調(diào)控因子 307
9.1 樹木徑向生長的監(jiān)測方法 310
9.1.1 研究地點 310
9.1.2 樹木徑向生長的監(jiān)測 312
9.1.3 樹木生長量的提取 314
9.1.4 環(huán)境因子監(jiān)測 315
9.1.5 樹輪寬度年表及相關(guān)的氣候數(shù)據(jù) 316
9.1.6 數(shù)據(jù)分析 316
9.2 樹木徑向生長的季節(jié)變化特征 318
9.3 生長季早期溫度對樹木徑向生長的限制作用 320
9.3.1 生長高峰前后徑向生長季節(jié)動態(tài)與氣候因子的關(guān)系 320
9.3.2 生長高峰前后累積生長量年際變化與氣候因子的關(guān)系 322
9.4 樹木徑向生長對氣候變化的響應(yīng)敏感性 322
9.4.1 兩樹種林線樹輪寬度對藏東南過去50 年氣候變化的響應(yīng) 322
9.4.2 全球中高緯度地區(qū)樹輪生長對生長季溫度的響應(yīng) 322
9.4.3 高寒地區(qū)樹木生長對夏至日之前生長季早期的溫度變化更敏感 326
參考文獻 328
第10章 葉凋落量動態(tài)及氮循環(huán)對樹木徑向生長變化的調(diào)控作用 333
10.1 葉凋落動態(tài)及氮回流和歸還與樹木徑向生長的滯后關(guān)系 335
10.1.1 葉凋落物量與樹木徑向生長的監(jiān)測方法 336
10.1.2 林分葉凋落量及氮回流量和歸還量的季節(jié)動態(tài)與樹木徑向生長的關(guān)系 339
10.1.3 單木葉凋落量及氮回流量和歸還量的季節(jié)動態(tài)與樹木徑向生長的關(guān)系 341
10.1.4 林分年凋落量及氮回流量和歸還量與樹輪生長的關(guān)系 342
10.1.5 討論 342
10.1.6 小結(jié) 344
10.2 樹體碳平衡、氮循環(huán)和樹木徑向生長的耦合機制 345
10.2.1 非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的測定方法 346
10.2.2 單木葉凋落量及氮回流量和歸還量與葉氮和非結(jié)構(gòu)性
碳水化合物含量的關(guān)系 347
10.2.3 單木徑向生長動態(tài)與葉氮和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量的滯后關(guān)系 348
10.2.4 討論 351
10.2.5 小結(jié) 354
參考文獻 354
第11章 林線樹木生長及氮循環(huán)對全球變化的響應(yīng) 361
11.1 樹輪生長對氣候變化敏感性的海拔分異 363
11.1.1 樹輪寬度的測定方法 364
11.1.2 青藏高原東南部樹木徑向生長對溫度響應(yīng)的空間格局 368
11.1.3 樹木徑向生長對溫度變化響應(yīng)的敏感性分異 370
11.1.4 討論 372
11.1.5 小結(jié) 373
11.2 樹輪生長對生產(chǎn)力長期變化的指示 373
11.2.1 杜鵑輪寬與生產(chǎn)力的測定方法 374
11.2.2 年輪寬度與氣候因子的關(guān)系 377
11.2.3 年輪寬度與NPP 模擬值的關(guān)系 377
11.2.4 討論 380
11.2.5 小結(jié) 381
11.3 樹輪生長與葉凋落動態(tài)及氮循環(huán)對大氣CO2濃度升高的協(xié)同響應(yīng)機制 381
11.3.1 樹輪寬度、葉凋落量、氮回流量和歸還量的測定方法 383
11.3.2 近10年樹輪生長、葉凋落量及氮循環(huán)對氣候變化和大氣CO2 升高的響應(yīng) 385
11.3.3 近30 年青藏高原林線樹輪生長變化對氣候變化和大氣CO2 升高的響應(yīng) 386
11.3.4 討論 387
11.3.5 小結(jié) 391
參考文獻 392
第12章 氣候變暖下森林更新受限與林線穩(wěn)定性機制 401
12.1 種子產(chǎn)量和質(zhì)量的海拔分異特征及其氣候變化響應(yīng)意義 403
12.1.1 球果及種子特征的測定方法 404
12.1.2 不同海拔冷杉球果及種子特征的差異 404
12.2 林線以上的種子傳播潛力和萌發(fā)能力 406
12.2.1 種子傳播潛力及萌發(fā)能力的測定方法 407
12.2.2 冷杉種子向林線以上傳播的潛力 408
12.2.3 林線及林線以上的冷杉種子萌發(fā)特征及相關(guān)環(huán)境因子 409
12.2.4 討論 411
12.2.5 小結(jié) 411
12.3 林線以上的幼苗存活及其限制因子 412
12.3.1 幼苗調(diào)查及移植實驗方法 415
12.3.2 色季拉山林線急尖長苞冷杉幼苗密度、存活和生長的海拔分異特征 419
12.3.3 急尖長苞冷杉和方枝柏大齡幼苗的死亡率和高生長量隨坡向和生境的變化及其與生長季凍害事件的關(guān)系 422
12.3.4 林線及林線以上急尖長苞冷杉小齡幼苗存活率及相關(guān)環(huán)境因子 425
12.3.5 討論 426
12.3.6 小結(jié) 430
12.4 氣候變暖導(dǎo)致的限制因子變化對幼苗定居和林線波動的影響 430
參考文獻 436
附錄 科考日志 445
附圖 453
附表 461
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