过去100年来青藏高原东北部山生柳灌木线结构与格局变化

As the uppermost or northern limit of shrubs, the shrubline is potentially sensitive to climate change. The northeastern Tibetan Plateau hosts the typical and undisturbed Salix oritrepha shrublines, providing a rare opportunity to explore responses of the large-scale shrubline dynamics to climatic change. Under the backgroud of global warming, have the Salix shrublines advanced to higher elevation on the northeastern Tibetan Plateau? What changes have taken place in the structure and pattern of Salix shrublines during the past 100 years? Although the northeastern Tibetan Plateau is one the target areas for the studies of climatology and ecology, the above quesitons remain to be solved. Herein, this project focuses on the Salix shrublines from the Qilian Mountains to the Source Region of the Three Rivers on the northeastern Tibetan Plateau. Based on the dendroecological methods, a total of 24 Salix shrubline plots (30m × 150m) will be established and surveyed. We will reconstruct the variations in position and population structure of Salix shrublines during the past 100 years. Ecological Niche Model will be used to project the future distributions of shrublines. We aim to reveal the large-scale shrubline changes and their driving factors. This study will provide new message for the mechanistic understanding of shrubline dynamics, and provide scientific base for shrubland management under the background of climate change.

作为灌木分布的海拔上限或纬度北界，灌木线对气候变化具有潜在的敏感性。青藏高原东北部广泛分布着典型的山生柳（Salix oritrepha）灌木线，且很少受到人为活动干扰，是研究大空间尺度上高山灌木线变化对气候变化响应的理想材料。在全球变暖背景下，青藏高原东北部山生柳灌木线是否已经向更高海拔扩张？过去100年来灌木线结构与格局发生了哪些显著变化？尽管青藏高原东北部一直是气候学和生态学研究关注的热点地区，但迄今尚未围绕以上科学问题开展系统研究。为此，本项目拟围绕青藏高原东北部祁连山至三江源一带的山生柳灌木线展开研究；利用树轮生态学方法调查24块大样地（30m × 150m），重建过去100年来灌木线位置与种群结构的变化；利用生态位模型预测未来灌木线分布格局；旨在揭示大空间尺度上灌木线变化规律及其驱动因子。此研究将为理解灌木线波动机制奠定基础，同时为气候变化背景下的灌木林管理提供科学依据。

高山灌木线是指灌木分布的海拔上限。青藏高原东部广泛分布着山生柳灌木线，受人为干扰小，是探讨高山灌木线位置与种群结构变化及其对气候变化响应的理选择。过去四年的野外调查显示，山生柳灌木线位于青藏高原东部的半湿润区、半干旱区和干旱区，其海拔分布范围为3640-4960米，海拔最高的山生柳灌木线位于西藏八宿县。项目组成员在青海都兰县高海拔区(3800m,4200m)布设土壤环境自动监测仪，以获取灌木线附近土壤温湿度状况。利用树木年代学方法,在青藏高原东部类乌齐县和囊谦县的不同海拔梯度上(4200m,4400m,4600m)采集山生柳灌木年轮样品；基于全样本调查法, 在青藏高原东部近900公里纬度梯度上调查灌木线样地24块,并结合气候变化和遥感卫星数据，系统揭示过去80年来山生柳灌木线的位置和种群更新的时空变化格局。土壤监测数据显示，灌木线样点附近夏季土壤平均湿度为31.08%，春季和秋季土壤比较干燥(平均湿度<30%)，因此，季节土壤湿度可能限制高山灌木的生态过程变化。青藏高原东部灌木年代学分析结果表明，当考虑整段灌木生长序列时，不同海拔梯度的灌木生长受当年6月或7月平均温度驱动。而当分段考虑生长序列时，2010年之前灌木生长呈显著增加趋势，反映了夏季变暖的正效应；而近10年的灌木生长呈下降趋势，反映了季节干旱的不利影响。灌木线样地的分析结果揭示，1939-2010年期间的气候变暖导致了高山灌木更新的增加，灌木线位置大幅度爬升（速率为5.16m/10yr）,灌木扩张也是促进青藏高原变绿的主要因素之一。然而，近10年来灌木更新呈下降趋势，灌木线位置倾向于保持静止状态。与半湿润样点相比，半干旱和干旱样点的灌木更新的下降趋势更显著。由于快速变暖加剧了高寒区的土壤水分亏缺，山生柳灌木线种群从受温度限制转变为受湿度限制。因此，持续变暖严重威胁高山灌丛生态系统的稳定性。基于此项目，获取了青藏高原祁连山至三江源一带山生柳灌木线种群的生长、更新和分布等关键数据，发现温度与湿度的权衡决定着高山灌木线种群的时空动态与演变轨迹，这为气候变化背景下高山灌丛生态系统的保护与管理提供了数据支持和参考依据。