温度和降雨量变化对青藏高原高寒草甸土壤种子库的直接和间接作用机理

The research of global climate change ecology often only focus on aboveground vegetation, however, how its influence on soil seed bank (potential vegetation) is often neglected. Recently, some research showed that the ‘bet-hedging strategy’ and ‘spreading risk strategy’ that some species use in soil seed bank would be destroyed by future global climate change, hence, the change in the dynamics of soil seed banks increase the risk of local extinctions of these species. In this project, we want to use control experiment and field investigation research to explore the direct effect of climate change on soil seed bank composition through analysis the effect of temperature and precipitation change on dormancy seeds germination and species composition of seed bank. We want to clarify the indirect effect of climate change on soil seed bank through research the direct effect of temperature and precipitation change on soil fungal pathogens and explore the relationship between soil fungal pathogens activities and soil seed bank depletion. We also want to clarify the indirect effect of climate change on soil seed bank and dynamic relationship between soil seed bank and aboveground plant community through explore the direct effect of temperature and precipitation change on species composition and seed output of aboveground plant communities, and relationship between seed bank and aboveground plant community. Finally, we can clarify the mechanism of direct and indirect effect of climate change on soil seed bank. Based on the above information, we can also supply a theoretical bases and technical support to grassland ecosystem protection and restoration on the Tibetan Plateau.

全球气候变化研究往往关注其对地上植被的作用，而对保存于地下的土壤种子库（潜在植被）的影响往往被忽视。近年有研究表明：一些物种利用种子库采取的“双面下注对策”和“风险分摊机制”会因未来全球气候变化而遭受破坏，因而增加了物种局部灭绝的可能性。本项目拟通过人工控制和野外调查实验，重点研究温度和降雨量变化对种子库中休眠种子萌发和物种组成的影响，确定气候变化对种子库的直接作用；通过分析温度和降雨量变化对土壤真菌活力的作用，及真菌活力与种子库损耗的关系，揭示气候变化通过影响土壤真菌而对种子库产生的间接作用；通过分析温度和降雨量变化对地上植被组成、种子产量，及地上植被与种子库物种组成关系的作用，确定气候变化通过地上植被而对种子库产生的间接作用，以及气候变化对种子库与地上植被动态关系的影响，进而阐明温度和降雨量变化对种子库的直接和间接作用机理，从而为青藏高原高寒地区植被保护和恢复提供理论依据和技术支撑。

全球气候变化对青藏高原高寒生态系统带来了深刻的影响。目前，该领域的研究往往关注其对地上植被的作用，而对土壤种子库（潜在植被）的影响往往被忽视。本项目立足青藏高原高寒地区，通过野外调查和长期控制实验，重点研究了温度和降雨变化对种子库的直接和间接作用机理；温度和降雨在种子库动态，以及种子库在植物群落更新中的影响机理；高寒草甸植物群落典型物种的种子对增温、降雨变化和氮添加的响应研究。研究发现：1）基于6种高寒生态系统的大尺度数据，发现种子库的种子密度随海拔升高显著增加；种子库与植群落物种组成之间的相似性随海拔升高而显著下降；温度升高和降雨增加会直接和间接导致种子库物种多样性丧失；2）基于高寒草甸生态系统的大尺度数据，发现种子库的物种多样性和种子密度随海拔升高而显著下降；种子库在植物群落更新中的作用随海拔升高而显著降低；未来降水的增加可直接和间接地降低高寒草甸种子库的物种丰富度和种子密度；种子库在植物群落更新中的作用随着海拔的升高而降低这一过程是受降水控制的，而不是温度；3）基于埋藏实验结果（增温和降雨变化实验），在群落水平上，种子损耗和存活不受短期气候变化实验处理的影响；在物种水平上，短期实验处理对5个物种的种子损耗有显著影响，对4个物种的种子存活有显著影响；4）基于埋藏实验结果（氮添加实验），在群落水平上，种子损耗和存活不受氮添加处理的影响；在物种水平上，仅2个物种的种子损耗和1个物种的种子存活在不同氮添加处理间有显著性差异。相对于高寒草甸生态系统的地上植被，其种子库在在面对增温、降雨变化和氮沉降时，仍然具有一定的抵抗力，说明在未来气候变化和富营养化条件下，高寒土壤种子库将是退化植被恢复和重建的重要潜在资源。本项目研究成果阐明温度和降雨量变化对种子库的直接和间接作用机理，为青藏高原高寒地区植被保护和恢复提供理论依据和技术支撑。