高寒草甸水分利用效率对不同时期干旱的响应机理研究

Ecosystem stability will be threatened by the increasing trend of drought on Northern Tibet alpine meadow. Further studies are needed on the dynamics of and influences on water use efficiency, which is a key issue on understanding the response of alpine meadow to enhanced drought. Our research team has worked on the ecological response of Northern Tibet alpine meadow to climate change for many years. This study will be carried out on “Northern Tibet alpine grassland and climate change experiment station”, which is good research platform for this project. Rain-out shelter will be performed at different time to simulate the drought events, which happen on the early and middle growing season. This study is focusing on the scientific question “the relationship between the response of water use efficiency to drought and productivity, water availability on alpine meadow”. Carbon flux and biomass will be combined to analyze the response mechanism of productivity to drought on different temporal scales. And we will analyze the relationship between water use efficiency and productivity, evapotranspiration (or precipitation), in order to reveal the response mechanism of water use efficiency to drought at different time of the growing season. This study will improve the understanding on the response of ecosystem to climate extremes. Furthermore, the results will provide scientific basis and theoretical support on restoration and management of Northern Tibet alpine meadow, and prediction on community succession of alpine meadow to climate change.

气候干旱化将严重威胁着藏北高寒草甸生态系统。高寒草甸生长季不同时期水分利用效率的变化及影响因素是认识高寒草甸响应气候干旱化的关键环节，仍有待研究。本人所在团队已在藏北高寒草甸针对气候变化的生态响应开展了多年研究，并建立了“藏北高寒草原生态与气候变化试验站”，为进一步开展控制实验打下良好的研究基础。本研究以极端干旱事件的发生时期为切入点，针对“高寒草甸水分利用效率对生长季不同时期干旱的响应与生产力和水分之间关系”这一关键科学问题，利用截雨棚模拟发生在生长季前期和中期的极端干旱事件。结合碳通量与生物量方法，分析不同时间尺度的生产力对干旱的响应机制。通过分析生产力、蒸散（或降雨）与水分利用效率关系，探讨高寒草甸生态系统水分利用效率对生长季不同时期干旱的响应机制。本研究可以为预测极端干旱事件下高寒草甸的动态提供科学依据，并服务于高寒草甸的恢复和管理。

未来降水格局改变导致的干旱事件增多或加重，水分利用效率如何响应生长季不同时期的干旱事件，成为了探讨高寒草甸生态系统碳、水循环耦合过程对干旱的响应机理的关键科学问题。本项目以藏北高寒草甸为研究对象，通过控制实验模拟生长季前期和中期干旱事件，研究高寒草甸生态系统生产力对干旱的响应机理，干旱处理下生产力、蒸散（或降雨）与水分利用效率之间关系，进而解析高寒草甸生态系统水分利用效率对生长季不同时期干旱的响应机理。本项目发现：（1）禾莎草、杂类草和高寒草甸植物群落在生长季前期干旱处理下返青期延迟、生长季中期干旱中枯黄期提前，对生长季不同时期干旱的一致响应指示着高寒草甸群落对干旱的规避策略；（2）禾莎草和杂类草的地上生产力对生长季中期干旱引起枯黄期提前存在差异化响应，这可能导致了群落生产力对生长季中期干旱具有更强的抵抗力；（3）除土壤水分亏缺外，地上生物量积累受限也抑制着高寒草甸群落的碳交换生理过程，但恢复降雨后生态系统碳交换存在过度补偿机制以及物质分配策略的变化；（4）生长季前期干旱未对高寒草甸群落水分利用效率产生显著影响（p>0.05），而生长季中期干旱下水分利用效率显著提升（p<0.05），其主要原因在于植物群落对生长季前期干旱具有较强的敏感性，地上生产力受到抑制，而高寒草甸植物群落地上生产力对生长季中期干旱较强的抵抗力。干旱作为草地生态系统中最为频发的自然干扰之一，本项目研究了高寒草甸生态系统对不同时期极端干旱事件的响应机理，对生态系统响应极端气候事件的研究具有重要科学意义，为预测和模拟藏北高寒草甸生态系统对未来全球气候变化特别是降水格局改变的响应提供科学依据。