全年增温和季节性增水对高寒草甸植物群落结构的影响机制研究

Hydrothermal combination is one of the main factors affect plant community structure in alpine meadow ecosystems. Recently, the alpine meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau is experiencing significant warming and seasonal precipitation addition. Many studies focused on how the amount of temperature and precipitation changes affect plant community and few of studies were conducted to explore effects of precipitation addition in different season on plant community structure under whole year warming conditions on alpine grasslands. In this study, we hypothesize that whole year warming and seasonal precipitation addition will directly affect community structure and indirectly affect it by changing the plant phenology and plant functional traits. We will conduct an in-stiu whole year warming and spring/summer precipitation addition experiment in an alpine meadow habitat on the central Qinghai-Tibetan Plateau. We will measure plant phenology, functional traits and community structure responses to whole year warming and seasonal precipitation addition. We want to explore the climate change impacts on plant phenology and functional traits and to clarify how plant phenology and functional traits mediate responses of plant community structure to climate change. Our work is of great scientific significance to clarify the community succession and ecosystem stability under future climate change in alpine meadows.

水热组合是影响高寒草甸植物群落结构的重要因素。青藏高原高寒草甸正受到全年温度升高、季节性降水增加的气候暖湿化趋势的影响。现有的研究多关注温度和降水的变化量对植物群落结构的影响，而在增温背景下不同季节降水增加对植物群落结构的影响机制仍不清楚。本研究从“不同植物物候和功能性状对水热组合变化的差异性响应可调节植物群落结构”的角度出发，选择青藏高原高寒草甸开展全年增温和春季、夏季增水控制实验，观测高寒草甸群落结构特征以及主要植物的物候特征和功能性状，研究全年增温和季节性增水对高寒草甸植物物候和功能性状的影响，阐明植物物候和功能性状对植物群落结构的调节作用，厘清植物群落结构对气候暖湿化的响应机制。本研究对明确气候变化条件下青藏高原高寒草甸植物群落演替规律具有重要的科学意义。

高寒草甸植物群落结构是影响生态系统功能的重要基础，其对水热条件变化极为敏感。水热条件变化可能通过改变植物物候和功能性状来影响植物群落结构和生产力。因此，为了揭示水热组合变化对高寒草甸植物群落结构的影响机制，本项目在西藏那曲高寒草甸上开展了3年的全年增温和春季夏季增水控制实验，观测了植物物候、功能性状、生长状态、群落结构。研究结果显示：（1）温度升高不利于高寒草甸植物春季生长，推迟植物返青期，而增水可以部分抵消增温对植物物候带来的负面影响。（2）增水有利于钉柱委陵菜叶面积和叶片C含量增加；而增温增加钉柱委陵菜叶片C含量，降低N含量，对其他物种叶片性状无显著影响。（3）在增温条件下，不同功能群植物快速生长期长度均较增水处理显著缩短。增温显著提高高寒草甸莎草科和杂类草植物的优势度，并降低禾本科和豆科植物优势度。（4）增温引起的干旱会导致莎草科和禾本科植物生物量减少，增温对早熟禾和小嵩草的负面影响分别被返青期和枯黄期的推迟所部分抵消。（5）总体上，尽管增温增水显著改变了高寒草甸植物物候和群落结构，但其对植物总初级生产力无显著影响。我们的研究结果表明，不同功能群植物物候和生长曲线对增温增水的差异化响应是调节植物群落结构和生产力的关键因素。本项目对解析高寒草甸植物群落动态对气候变化的响应提供了证据，为进一步明确高寒草甸植物群落结构、生长动态以及生产力和碳汇协同变化机理奠定了坚实的基础。