青藏高原高寒草甸植物和群落物候对气候变化和放牧的响应机制：基于多因素野外控制试验

Plant/community phenology is one of the most sensitive biological responses to the changing climate, but no consistent findings are reached due to differences in study designs/methods. Studies on mechanisms of these phenomenun are especially lacking on the Tibetan plateau. Furthermore, climate change is a slowly-advancing process. There are, however, no studies designed to simulate such climate-changing feature, which is critical for us to accurately predict the consequences of climate change in the future. We intended to use Nagqu and Nam Tso research station of the Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Science as platform to study the processes and mechanisms of different alpine meadow plant and community phenologies (green up, flowering, fruiting, senescence) in response to different warming levels, progressively elevated temperature, different watering levels, snow addition, grazing, and their interactions in order to answer:: (1)If patterns of alpine plants/community phenology in response to different warming levels are linear? (2)If different phenological events have similar responsive pattern, amplitude, and sensitivity?（3）If phenology of major plants show adaptive feature in response to the progressively elevated warming condition? Based on these, we will also test the hypothesis of vernalization limitation on alpine plant/community phenological changes in response to climate change and the water forcing hypothesis, which indicate that water availability mitigate warming effects on plant under warming scenario, to provide a realistic and objective date for future prediction.

植物/植被物候是气候变化最敏感的指标之一，但因研究设计、方法差异，目前植物/植被物候对气候变化的响应结果尚未达成一致定论，有关机理研究特别缺乏。另外，气候变化是个渐进过程，然而还没有任何以模拟渐进气候特征研究植物的响应过程和机理, 严重影响了我们对气候变化后果的预测。该项目依托中科院青藏高原研究所那曲站和纳木错站的试验平台，研究高寒草甸主要植物/群落不同物候期（返青、开花、结实和枯黄等）对增温梯度、逐渐增温、增减水、增雪、放牧等因素及其互作效应的响应过程和机制,并以此回答：（1）高寒草甸主要植物/群落物候对不同增温梯度的响应是否非线性？（2）不同物候期对不同处理因子的反应方向、程度和敏感性是否相同？（3）主要植物物候对逐渐增温是否存在适应性？在此基础上验证高寒草甸主要植物/群落物候响应气温变暖的春化作用限制假设、以及水分有效性缓解增温对植物影响的水分胁迫假设。为预测提供客观的基础数据。

随着全球气候不断变化，青藏高原也正经历着变暖、变湿，但极端气候事件，例如早春雪灾等，不断频繁的现象。另外，近年来随着青藏高原人口数量不断加大，家畜数量也在大幅提升，继而带来的草畜矛盾日渐突出，草地生态系统面临气候变化和放牧强度变化的双重压力，但迄今为止气候变化与放牧强度耦合研究十分匮乏，而在野外通过试验手段模拟气候变化各类情景，特别是早春雪灾，与放牧管理耦合研究更是少见。另外，气候变化并非一路上升，而是通过波浪形上升模式逐步提升，中间有升高也有降低现象，然而降温过程对生态系统的影响研究十分匮乏，因此我们通过利用开顶式增温箱增温，早春加雪（模拟早春极端降雪）、牦牛放牧等野外试验手段以及沿着海拔梯度双向移栽试验手段研究植物和植被物候对气候变化和放牧利用的响应过程和机理。我们发现：1）高寒植物繁殖物候与植物生长期物候对增温和降温的效应存在非对称性；2）在增温和降温条件下，高寒植物果期长短较其他物候期长短比较更为稳定；3）不同物候期对增温、降温的敏感性主要取决于物种对生境变化的遗传适应性以及环境可塑性机制，并且可能存在非线性响应特征；4）群落水平的物候变化特征主要取决于优势功能性类群对气候变化的响应特征；5）增温和降温对物候期长短的影响是非镜像关系，且低温限制了繁殖期长度；6）植物功能性状的差异决定植物物候对增温和早春雪灾的响应特征；7）生物环境因子主导局域尺度植物个体大小、繁殖率以及种群密度。这些研究结果不仅揭示了高寒植物如何响应气候变化和放牧管理的过程和机理，而且在某种程度上为高寒草地生态系统如何通过管理手段应对气候变化提供了新的思路和理论依据。