青藏高原高寒草地植物地下物候对气候变暖的响应及机制

The Tibetan Plateau is experiencing a rapid climate warming, which will strongly influence plant phenology. To date, the bulk of phenological studies have focused on the plant aboveground aspect. However, it remains unclear how belowground phenology responds to climate warming, although plant belowground phenology is a key factor in affecting water and resource acquisition. Most of the terrestrial biosphere models use aboveground phenology as a surrogate of whole plant phenology to simulate ecosystem processes, which can lead to the uncertainties of the prediction. This project will be mainly conducted on a warming-by-precipitation platform in an alpine grassland on the Tibetan Plateau. We aim to explore the effects of warming on above- and below-ground phenology by using multispectral camera, a non-destructive sampling method and minirhizotrons to monitor above- and below-ground community phenology. We will elucidate the relative contributions of changes in dominant species phenology and species composition to the warming-induced changes in community phenology by using a species-level warming experiment for dominant species. This project will help us understand the underlying mechanisms for the effects of climate warming on plant phenology, improve the framework of process-based ecosystem models and provide practical advice for the management of alpine grasslands under future climate warming.

青藏高原正经历着快速的气候变暖，这将对高寒草地植物物候产生深远的影响。目前物候的研究多关注于植物地上部分，作为影响水分和营养吸收能力的关键因子，地下物候如何响应气候变暖却鲜有报道。而且，当前大多数陆面过程模型采用地上物候参数代替地下物候特征模拟生态系统过程，从而引起预测的不确定性。采用根系生物量的季节动态定义地下物候是常见的物候研究方法。本项目拟利用2010年建立的青藏高原高寒草地“增温-降水改变”野外控制实验平台，采用多光谱相机、地上生物量拟合法和微根管法分别监测群落地上和地下物候，探讨群落地上、地下物候对气候变暖的响应。同时结合中型物种水平增温实验监测优势物种物候，揭示气候变暖条件下优势物种物候特征改变和群落组成改变对群落物候变化的相对贡献。本研究将深化人们对高寒草地植物地下物候响应气候变暖机制的认识，有助于陆面过程模型框架的完善，并为高寒草地适应性管理提供科学依据。

植物物候是植物受环境影响而出现的以年为周期的自然现象，同时也是全球变化最敏感、最精确的指示器。物候变化关系着植物的生长、繁殖以及生物多样性的维持，探究植物物候对气候变化的响应是当前的热点研究领域之一。目前物候的研究多关注于植物地上部分，地下物候作为影响很多生态系统过程的重要因子，其如何响应气候变暖却鲜有报道。本项目采用野外自然观测、气候变化控制实验以及数据整合分析的方法，探讨了植物地上、地下物候对气候变暖的响应及机理。主要取得了以下研究进展：（1）探讨了不同监测方法对青藏高原高寒草地植物地上物候及生长的影响，发现物候相机归一化植被指数能够精确估算高寒草地植物地上生物量的季节动态。比较了植物地上繁殖、生长物候对气候变暖的响应，发现在全球尺度上植物生长物候对气候变暖的响应比繁殖物候更敏感，但增温诱导的生长物候期的延长可能会随着增温实验时间的延长而逐渐减缓。（2）发现了青藏高原高寒草地植物地上、地下物候对气候变暖的响应是不同步的，植物地上物候对气候变暖响应的比植物地下部分更敏感，并发现这一结果在全球陆地生态系统草本植物地上、地下物候响应气候变暖上存在普适性。（3）阐明了气候变化下青藏高原高寒草地植物地下物候的改变对生产力季节动态变化的贡献，发现植物最大生长速率和物候共同决定了植物的季节生产力，将植物物候与生产力的关系从地上拓展到了地下。本研究深化了人们对高寒草地植物地下物候响应气候变暖机制的认识，对于预测未来气候变化对青藏高原植物的影响以及制定相应的保护和管理措施具有重要意义。