高寒草地地上/地下生物多样性和生态系统多功能性对气候变化的响应机制

Biodiversity plays an important role in maintaining alpine grassland ecosystem functioning and stabilities under the rapid climate warming on the Tibetan Plateau. Compared to the above-ground biodiversity, the effects of climate change on below-ground biodiversity and the links between above- and below-ground diversity remain elusive. Meanwhile, the effect of biodiversity on ecosystem functioning should consider multiple ecosystem functions simultaneously (i.e. ecosystem multifunctionality) instead of single function. Using a research platform composed of a warming-by- precipitation experiment established in 2011, a newly established species-level warming experiment and an elevational OTC warming experiment, we intend to explore: Does aboveground and belowground biodiversity have a predictable changes under climate changes? Could the variations in species traits attribute to this change? How do these changes further affect ecosystem processes, ecosystem multifunctionality and the adaption or stability under climate changes? To answer these questions, the responses of plant functional traits, above- and below-ground species composition and biodiversity, ecosystem functions and processes, multifunctionality and stability to warming and altered precipitation will be observed. Our study will further explore the underlying mechanisms for the effects of climate change on alpine grassland ecosystems to provide practical advice on how to manage the alpine grassland under future climate change.

青藏高原高寒草地正经历着快速的气候变化。生物多样性在维持草地生态系统功能和稳定性方面起着重要的作用。相对于地上植物多样性，气候变化对地下生物多样性、地上/地下多样性之间关联的影响存在较大不确定性；气候变化对生态系统功能的影响，也要考虑生态系统同时提供多重功能的能力，即生态系统多功能性。本项目利用于2011年在青藏高原高寒草地建立的“增温-降水”控制实验，结合物种水平的“增温实验”、沿海拔梯度的OTC实验，以揭示：地上/地下生物多样性是否对气候变化有可预测性的改变？这种改变是否与物种的功能属性有关？这些地上/地下多样性的变化如何进一步影响到生态系统多功能性、对气候变化的适应性和稳定性？项目相应的研究内容是：地上/地下群落组成和多样性、植物功能属性、生态系统主要过程、多功能性及稳定性对增温和降水变化的响应。本研究将进一步从机理上理解高寒生态系统对气候变化的响应，为草地适应性管理提供理论支撑。

青藏高原高寒草地正经历着快速的气候变化。生物多样性在维持草地生态系统功能和稳定性方面起着重要的作用。相对于地上植物多样性，气候变化对地下生物多样性、地上/地下多样性之间关联的影响存在较大不确定性；气候变化对生态系统功能的影响，也要考虑生态系统同时提供多重功能的能力，即生态系统多功能性。本项目利用于2011年在青藏高原高寒草地建立的“增温-降水”控制实验，结合物种水平的“增温实验”、沿海拔梯度的OTC实验，主要进行了地上/地下群落组成和多样性、植物功能属性、生态系统主要过程、多功能性及稳定性对增温和降水变化的响应等内容的研究。结果表明青藏高原的气候暖干化增加了禾草相对多度，降低了莎草相对多度，虽然对地上净初级生产力无显著影响，但会降低牧草的质量。温度增加提前了植物物候，但同时降低了高寒草地群落稳定性；而降水的减少会推迟植物物候，但对群落稳定性无显著影响。春季由于气候变暖导致植物生长提前，生物量增加，而秋季由于水分胁迫增加导致生长季结束较早，生物量减少，两者抵消导致对生物量没有影响。增温对各种土壤微生物量有显著的促进作用，可显著改变土壤微生物的群落组成，降低植物在群落水平上的真菌感染比例；而降水格局的改变对真菌的感染没有显著影响。温度的升高会使土壤温度敏感性Q10下降，土壤温度既能直接影响呼吸也能通过影响其他因素间接地影响呼吸，如根系生物量等；土壤湿度对呼吸的影响很小。土壤总氮、总磷以及可利用磷都随温度的增加而降低，随着温度持续增加，由增温导致的氮磷解耦可能会使青藏高原地区的磷限制变得更加普遍。此外，红外增温显著降低露水生产量和结露持续时间，在气候变化模拟研究中，如果忽视这一效应，可能会高估气候变暖对生态系统过程的影响。本研究将进一步从机理上理解高寒生态系统对气候变化的响应，为草地适应性管理提供理论支撑。