气候变化对青藏高原高寒草甸植物开花物候和繁殖输出的影响

The Tibetan alpine grassland is undergoing rapid climate warming, which will have large impact on plant phenology and life history. The monitoring from remote sensing has revealed that the green-up dates in the Tibetan Plateau have continuously advanced since 1980s. However, different results have also been reported. Nevertheless, there is no direct field evidence. In the current project, using "warming-by-precipitation" experiment, together with photoperiod controlled experiment, we intend to address two issues: (1) how is the sexual reproduction of alpine plants influenced by water and temperature regimes? (2) Is there any association between the responses of flowering phenology to climate warming and plants’ sensitivity to photoperiod? For this purpose, we will focus on the following issues: (1) The impact of warming and precipitation on the flowering phenology, fruit phenology and reproduction output of the alpine plants; (2) The relationship between the types of plant photoperiod and their responses to climate warming; (3) The underling mechanism of mechanism of plant responses to climate change. Studies from the current project will shed lights on our understanding of the species shift under future climate change.

青藏高原高寒草地正经历着以温暖化为特征的气候变化，这将对植物的物候和生活史产生重要影响。遥感监测发现，从上世纪80年代以来，高寒草地的返青期提前，但也有研究发现不同的结果，目前缺少物候的实测证据。本申请利用在青海海北高寒草地建立的“增温-降水”控制实验，结合人工气候室光周期控制实验，试图回答(1) 水热变化及其交互作用是如何影响高寒草地植物的有性生殖？(2) 植物开花物候对气候变化响应的差异，是否是由于对光周期的敏感性不同造成的。为此，设计的研究内容为：增温和降水控制对高寒草甸主要植物开花物候、果期物候以及繁殖输出的影响、光周期类型与植物开花物候对增温响应的关系、以及增温和降水控制对开花物候和繁殖输出的影响机理。通过这些研究，揭示青藏高原温暖化和降水格局的改变如何通过影响植物的繁殖，探讨植物的光周期敏感性在对气候变化响应中的作用，为理解群落结构和种群动态对气候变化的响应提供机理上的解释。

气候变化在未来几十年内将使全球气温持续上升的同时，降水的格局也将发生显著变化。青藏高原是世界上海拔最高面积最大的高原，高寒草甸是其主要植被类型，属于气候变化的敏感区和脆弱区。气候变化正在影响青藏高原的高寒生态系统的结构和功能，其中一个方面是通过改变植物的物候和繁殖。本研究在位于青海省海北州的海北高寒草甸生态系统研究站进行。我们在冬季不对称性增温、全年对称性增温以及降水增加和减少的实验处理下，研究了青藏高原高寒草甸的植物物候和繁殖对冬季和夏季对称和不对称增温的响应、增温和降水的改变以及它们的交互作用的响应。同时，研究了不同开花功能群的物候响应和繁殖策略在温度和降水改变时是否有差异，探讨了青藏高原高寒草甸植物的物候敏感性、及其与全球尺度的物候敏感性的差异。另一方面，对不同功能群（禾本科、莎草科、豆科、杂类草）以及物种牧草产量和牧草质量的测定，研究了高寒草地草场质量对增温和降水改变的响应。主要结果如下： 1) 与其他生态系统相比，青藏高原上的高寒生态系统对不对称增温的响应更强烈。特别是由于青藏高原的冬季温度上升比全球变暖幅度更快，因此，预测和模拟高寒生态系统对气候变化的响应时，需要考虑不同季节间增温变化引起的影响。2) 青藏高原高寒草甸植物的物候敏感性是全球水平的7.3倍，表明青藏高原的植物物候更易受到全球变暖的影响。这个结果也说明以往的全球尺度的物候敏感性meta分析可能忽略了不同区域间的差异。另外，全球范围的物候敏感性meta分析的结论，即控制实验低估了长期观测时植物物候对温度的敏感性，在青藏高原并不成立。3）温度增加提高了牧草质量，对牧草产量则没有显著影响；降水增加提高了牧草产量，但是会一定程度上降低牧草质量。本研究通过控制实验来系统地研究季节不对称性冬季增温以及全年增温和降水同时改变对植物的物候和繁殖的影响，对于预测未来气候变化对青藏高原的影响以及制定相应的保护和管理措施具有重要意义。