季节性增温增水对温带草原植物群落结构的影响机制

Climate warming and precipitation regime change induced by anthropogenic activities profound impact ecosystem structure and function. Most of the previous studies have focused on the impact of climate change on plant community structure in the whole years or growing seasons. Little attention has been paid to the responses of plant community structure to seasonal variation in climate warming and precipitation regime, which increases the uncertainly on the prediction of plant community structure in response to climate change. A four factors manipulative experiment platform including non-growing season warming (warming vs ambient temperate), growing season warming (warming vs ambient temperate), non-growing season precipitation addition (increased snow vs ambient snow), and growing season precipitation addition (increased rainfall vs ambient rainfall) has been established in a typical temperate steppe in Inner Mongolia since October 2016. Variation in plant community structure, plant phenology, soil microbial community structure, and soil physicochemical properties are monitored to explore the influence of warming and elevated precipitation in non-growing season and growing season on plant community structure, and test the biotic and abiotic mechanism of plant community structure in response to climate change. This study will not only provide data support and parameter estimation for the model projections on the plant community structure change under climate change scenario, but also provide decision-making support for the adaptability management of temperate steppe.

人类活动导致的气候变暖和降水格局变化深刻影响了生态系统结构和功能。但是目前的多数研究仅关注全年或生长季气候变化对植物群落结构的影响，关于非生长季与生长季气候变化的差异对草地植物群落结构的影响还缺乏足够认识，增加了气候变化对草地植物群落结构影响预测的不确定性。本项目以我国北方温带草原为对象，以在2016年建立的非生长季增温(增温、自然温度)、生长季增温(增温、自然温度)、非生长季增水(增雪、自然降雪)、生长季增水(增雨、自然降雨)的四因素控制实验平台为基础，通过监测植物群落结构、植物物候、土壤微生物群落结构及土壤理化性质的变化，揭示非生长季与生长季增温和增水对植物群落结构的影响规律，探讨气候变化情景下草地植物群落结构响应的生物与非生物调控机制，为陆地生态系统植物群落结构变化的预测模型提供参数估计和数据支持，为温带草原的适应性管理提供决策支持。

研究气候变化的季节性差异对温带草原植物群落结构的影响，以及温度和降水变化对植物群落结构及其调控因子的交互影响，有助于提高对草地植物群落结构响应气候变化的认识，本项目以温带典型草原为研究对象，围绕气候变化对草地植物群落的影响研究了1）非生长季与生长季气候变化对草地植物群落的交互影响；2）非生长季与生长季气候变化对植物群落结构调控因子的交互影响。结果发现1）非生长季增温降低了植物群落盖度7.41%，生长季降水降低了植物盖度26.6%，表明非生长季温度变化和生长季的降水变化在该地区植物群落动态变化中具有重要地位。2）生长季降水显著增加了土壤湿度2.07%，非生长季增温、非生长季降水与生长季降水交互的影响了土壤湿度，表明非生长季气候变化主要通过调节生长季降水变化对土壤湿度的影响而调节土壤湿度。3）非生长季增温显著增加空气温度0.09℃，非生长季增水降低空气温度0.06℃。4）非生长季降水增加显著提前了生长季的开始时间，推迟了生长季的结束时间，延长了生长季长度。生长季增温、非生长季增温、生长季降水对植物物候的影响均不显著。5）非生长季增温、生长季增温、非生长季增水、生长季增水的主效应及其交互作用均不影响细菌群落的生物多样指数，处理效应也不受取样时间影响。6）生长季增水显著降低了吉布森和香浓多样性指数，非生长季增温和生长季增水对土壤真菌多样性的影响依赖于取样时间。非生长季与生长季增温交互的影响了土壤真菌的Chao 1和香浓多样性指数，非生长季与生长季气候变化及取样时间对土壤真菌吉布森和香浓多样性的影响存在复杂的交互作用。本研究结果证实非生长季气候变化在植物群落动态的研究中中应受到充分关注，可以为陆地生态系统植物群落动态的预测模型提供参数估计，同时为未来气候变化情景下我国温带草原的适应性管理提供决策支持。