降水频率减少对青藏高原高寒草甸生产力的影响研究

Results from climate models show increased atmospheric water vapor pressure will decrease precipitation frequency and increase rainfall size meanwhile keep the annual precipitation unchanged, and this kind of forecast is being proved by meteorological records in some areas globally.Therefore, what ecological consequences the precipitation regime change will bring attract many scientists' attention worldwide.Model projects and meteorological records indicate similar precipitation regime change on the Tibetan Plateau. Moreover,the Plateau has unique climate and geomorphology characters and is also highly sensitive to climate change. All these traits make the Tibetan Plateau the best research object. As a result, this project will research the effect of decreased precipitation frequencies on an alpine meadow on the Tibetan Plateau. We will decrease precipitation frequencies and increase rainfall sizes meanwhile by extending 50% of intervals between two rainfall events with the help of rainfall shelter.During every growing season, we will monitor the variation of soil moisture, above and below ground biomass, plant structure, etc. for both precipitaion manipulated plots and the control, compare and analyse the paired parameters using regular statistic methods, in order to find how and to which extent decreased precipitation frequencies influence the plant structure and productivity of alpine meadow. All these findings and data will be helpful to predict how the alpine meadow will response on a future climate change scenario.

气候模型预测在全球大多数地区，即使年降水量不变，全球变暖导致的大气水汽压增加也会导致生长季内降水频率的减少和单次降水强度的增大，同时这一预测也得到了全球部分地区观测记录的证实。因此，这种降水特征变化究竟会造成怎样的生态影响成为当前的研究热点。模型预测及气象记录都显示青藏高原正在或将要出现类似的降水特征变化，而青藏高原对气候变化的高度敏感性和独特的气候和地貌特征都使它成为最佳的研究对象。因此，本项目以青藏高原高寒草甸为研究对象，在野外条件下利用降水控制试验，保持生长季内总降水量不变，将降水间隔时间延长50%来减少降水频率并增大降水强度，监测降水控制和自然降水条件下样地土壤含水量、地上、地下生物量以及植被结构特征等的变化特征，通过对两种降水处理各监测参数进行方差分析、相关分析等，揭示降水频率减少对高寒草甸植被结构特征和生产力的影响机制，为预测未来气候变化背景下高寒草甸的变化方向提供数据支持。

气候模型预测在全球大多数地区，即使年降水量不变，全球变暖导致的大气水汽压增加也会导致生长季内降水频率的减少和单次降水强度的增大，同时这一预测也得到了全球部分地区观测记录的证实。因此，研究这种降水特征变化会带来怎样的生态影响成为当前的热点。模型预测及气象记录都显示青藏高原正在或将要出现类似的降水特征变化，而青藏高原对气候变化的高度敏感性和独特的气候特征都使它成为最佳的研究对象。因此，本项目以青藏高原高寒草甸为研究对象，在野外条件下利用降水控制试验，保持生长季内总降水量不变，减少降水频率(每个月一次)并增大降水强度，监测降水控制和自然降水条件下样地土壤含水量、地上、地下生物量、植被特征、土壤特性及土壤呼吸等的变化特征。结果显示，自然状态下降水对青藏高原10cm、20cm、30cm、40cm、50cm的土壤水分含量分别具有11天、12天、15天、>31天和>31天的累积效应，和2天、3天、4天、5天和11天的滞后效应；同基于单日降水对当日土壤水分影响的研究相比,该结果显著增大了降水和土壤水分之间的相关性,证明了持续效应和滞后效应的存在；降水频率减少对青藏高原高寒草甸土壤水分的影响是个较为复杂的过程，不能单纯地得出降水频率减少会增大或减少土壤水分含量的结论，结果会受到降水次数、强度、干旱持续时间等的影响。总体上，若年内降水变率小，减少的降水频率会减少土壤水分含量，反之则可能增大土壤水分含量；降水频率减少具有增大植被高度、盖度、地上和地下生物量的趋势，但由于实验时间较短，结果差异性不显著；大强度的降水可能会导致土层中的碳氮养分损失，同时会导致硝态氮向土壤表层聚集，显著增加土壤表层的PH值，长期下去有增大土壤盐渍化发生几率的风险；降水频率减少对土壤呼吸影响显著，这可能会影响到青藏高原碳循环格局的改变。本研究结果提供了降水频率减少在青藏高原发生时高寒草甸对其响应的一个范例,丰富了全球陆地生态系统对降水特征变化响应的数据库，为建立全球尺度的响应模式和机制提供数据支持。