高寒草甸主要植物和植物群落对适度放牧和增温的响应与适应机理研究

Many researches determined that warming resulted in change of species composition and decrease of species diversity in the tundra region. Tibetan plateau is more sensitive to climate change in the world. The potential interactive effects between grazing and warming on alpine meadow ecosystem will be great. However, few studies and knowledge can be availbility for us now. In particular, most of related studies focus on the responses of alpine meadow ecosystem to warming with clipping, the adaptation of alpine plants to grazing with warming is paid for less attention. The project focus on how alpine plants adapt to grazing with warming through the platform establised in 2006. We will determine how the changes of stomatal density and stomatal length, anatomical characteristics, specific leaf area and ratio of C and N of different plant leaves to grazing and warming. The morphological characteristics of plant, plant species composition and diversity, phenology of plant species and community, root turnover, net primary productivity and N use efficiency will be measured under grazing and warming. Therefore, the project will provide fundamental data and theory for mitigation the potential negative effects of future warming in the region.

很多研究表明，气候变化特别是暖干化已经导致了冻原地区植物组成的变化和植物多样性的下降。青藏高原气候变化的程度远大于其它地区，加上放牧干扰，其可能存在的互作效应将会对高寒草甸植被产生极大的影响。然而，对这方面的研究和认识还相当有限，特别是以前的一些研究主要集中在放牧和增温对植物群落影响等方面，很少探讨植物对放牧和增温的适应过程和机理。因此，该项目以2006年在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位研究站建立的放牧与增温试验平台为基础，利用野外观测、微根管技术、同位素标记和室内其它分析技术，从叶片形态和生理特征（包括气孔密度和长度、叶片解剖结构、比叶面积、δ13C以及C/N比等）、植物个体形态特征、植物个体和群落物候、根系周转速率、群落净初级生产力及其地上地下分配和N利用效率等方面，研究主要植物和植物类群对长期放牧和增温的响应与适应机理，从而为减缓增温可能产生的负面影响提供基础数据和理论依据。

以前的一些研究主要集中在放牧和增温对植物群落影响等方面，很少探讨植物对放牧和增温的适应过程和机理。该项目系统开展了增温和放牧对高寒草甸物种多样性和组成及生产力的影响、气候变化对高寒草甸主要植物物候序列的影响以及气候变化对高寒草甸主要植物叶片特征的影响等方面的研究，获得了如下研究结果和结论。.1、10年的试验结果表明，单独的增温和放牧均对植物丰富度没有显著影响，但植物丰富度的年际变化显著，且增温的影响随年际而变化。增温只显著降低前5年的物种丰富度；增温降低了阔叶植物的盖度，增加了豆科植物的盖度；而放牧只降低了前4年阔叶植物和禾草的盖度，但一直降低了莎草科植物的盖度。增温显著增加了地上净初级生产力（ANPP），但随着增温年限的延长其增温幅度显著下降，而适度放牧对ANPP的影响较小。.2、所观测植物的早期物候和晚期物候对增温和降温均表现出同步提前或推迟的现象，但植物的果实期（初果期或末果期）对气候变化的响应则相对稳定；大多数物种的物候初始期对增温和降温的响应是非对称和非线性的；增温显著延长了生长季，其主要由于延长了繁殖期特别是主要由延长的开花持续期引起的。相反的，降温显著缩短了生长季，但主要缩短了果后营养持续期，同时开花持续期和繁殖期缩短的程度较小。同时发现，开花功能群的比例变化和土壤温湿度等的变化共同决定了群落物候序列对气候变化的响应模式。.3、所观测的66种植物的叶片叶脉密度和叶脉率、比叶质量和全氮含量存在很大差异。增温和增水显著增加了主要植物的叶片大小，但增温对垂穗披碱草和异针茅的叶片大小没有显著影响。增温只显著增加了花苜蓿和雪白委陵菜的叶脉密度，但显著降低了异叶米口袋和麻花艽的叶脉密度。增水显著增加了垂穗披碱草的叶脉率，但显著减少了异叶米口袋的叶脉率；对其它6种植物的叶脉率无显著作用。. 项目实施期间，共发表和接受学术论文16篇（有一篇被Ecology接受），其中SCI文章11篇，包括Nature Communications (1篇), Ecology (3篇), Agricultural and Forest Meteorology (3篇)和Climate Change (1篇)等。