高寒草甸植物物候序列对长期温度变化的适应过程研究

Understanding the processes of plant phenology in response to climate change is an important basic aspect for predicting the direction and magnitude of future changes in phenophases under climate change scenarios. Most of the previous studies indicated that warming advanced early-season phenological events, but those were mainly based on phenomenological descriptions, thus lacking the understanding of adaptive processes in phenophases. Hence, the project relies on two platforms, one is reciprocal transplanted experiment building in 2007 and the other is warming experiment building in 2006 which is inactive since 2016, which are both used to observe phenological sequences at species-level and community-level continuously. Our specific objectives were: (1) how the temperature sensitivities of phenophases change under continuing or inactive warming experiment; (2) whether these phenophases could adapt to warming and cooling, whether they are symmetrical to warming and cooling. This study is aimed to provide evidences for adaptation of phenology based on ecological viewpoint, and contribute to offer data and theoretical foundations for establishing and optimizing phenological models for Tibetan Plateau in the future.

深入理解植物物候对气候变化的生态适应过程是准确预测未来气候变化情景下植物物候变化的方向和程度的理论基础。以往的多数定位试验研究表明早期物候随着持续增温而提前。但是这些研究只是对现象的描述，缺乏对植物物候的生态适应过程的认识。本项目依托青藏高原海北站2007年建立的沿海拔梯度双向移栽试验平台和2006年增温试验平台（于2016年停止增温），连续观测主要植物和群落物候序列的变化特征，试图回答以下科学问题：（1）高寒植物物候序列的温度敏感性随持续增温或停止增温后其变化趋势如何？（2）植物物候序列对增温和降温是否存在生态适应以及适应的过程是否是对称的？通过上述研究，将从生态学角度为植物物候的适应提供证据，并为未来构建或优化适用于青藏高原的物候模型提供数据基础和理论支撑。

物候作为生态学中一种非常简单的生态指标，我们对它的响应机制了解仍然不足。系统研究植物物候序列对气候变化的响应机制及其生态效应将有助于加深理解全球变化的影响及制定应对措施。因此，我们在海北站祁连山南坡的四个海拔（3200、3400、3600和3800 m）开展了连续3年的沿海拔梯度双向移栽试验。连续观测植物个体以及群落物候特征，并在整个生长季内监测了两年的生态呼吸变化。探讨了昼夜温度变化和增温和降温对群落物候序列变化的相对作用以及物候变化的生理生态效应。主要得到以下结果和结论：.1．冬季昼夜温度变化对早期物候序列的影响是相反的，白天增温会提前物候期，而夜间增温会延迟物候期。这种反应主要是由于昼夜温度变化对积温和积冷的贡献不同引起的，因为冬季最高温的变化主要影响积温，而冬季最低温的变化主要影响积冷。同时，我们发现早期物候序列对昼夜间温度变化的响应是对称的，也就是说，冬季昼夜均增温1℃后其对早期物候的影响会抵消掉。.2. 开花功能群（春季，夏季和秋季开花）的盖度变化及其补偿效应与所需的累积土壤温度共同决定了群落物候序列对增温和降温的非对称和对称响应。这些结果表明，不同花期功能群在变暖和变冷过程中的盖度变化可能是造成群落物候变化的主要驱动力。.3. 群落物候初始期的温度敏感性主要决定群落物候持续期的变化，这是由物候初始期和结束期相互抵消的结果引起的。此外，提前的早期群落物候显著的增强了春季Re的温度敏感性，但是晚期群落物候初始期和物候持续期却对Re无显著影响。.该研究表明，对昼夜温度响应的相异性可以解释有些研究所发现的早期物候对季节前增温的异常反应，如增温下物候的延迟或不变现象。在预测物候对未来气候变化的响应时，应考虑气候波动的非对称性影响。同时，物候变化不仅是改变了植物的活动时间，它对植物的生理活动也产生显著影响，未来的生态呼吸研究应更多地物候变化的效应。