长白山苔原草甸化与地表水热条件的耦合研究

The alpine tundra of Changbai Mountains is most typical alpine tundra in China. The changes of hydrothermal conditions caused by climate change resulted in herbaceous species, represented by Deyeuxia angustifolia, invading the alpine tundra zone over the past 50 years. The incursion changed the tundra vegetation pattern and changed the hydrothermal conditions over tundra. The coupling effect would further influence the dynamic of tundra vegetation. This project takes the tundra in the west slope of Changbai Mountains as the study area. We analyze the influences on the tundra surface heat balance and water balance from tundra to meadow by the method of space instead of time, which reveals the influence mechanism of tundra water heat balance from tundra to meadow. We also study the change of hydrothermal conditions whether promotes the growth of herbaceous plants, whether the growth of herbaceous plants inhibits the growth of the tundra shrub plants, and aggravates the meadow process over tundra. Research results would illustrate the change of the hydrothermal conditions influences tundra herb encroachment and reveal the dynamic of tundra vegetation in Changbai Mountains under the future climate change. This study could provide a scientific basis for the protection of biodiversity and the maintenance of ecological safety in the alpine tundra of Changbai Mountains under climate change.

长白山苔原是我国最为典型的山地苔原，过去五十年气候变化引起的水热变化促使以小叶章为代表的草本植物上侵，改变了苔原的植被格局，导致苔原草甸化，从而进一步改变苔原水热条件，这种耦合作用影响苔原的植被动态。本项目以长白山西坡苔原带为研究对象，采用以空间代替时间的方法分析苔原草甸化对苔原地表热量平衡和水量平衡的影响，揭示草甸化对苔原水热平衡的影响机理；分析水热条件的改变是否促进了草本植物的生长，草本植物的生长是否抑制苔原灌木植物的生长，加剧苔原的草甸化进程。项目的研究成果可以阐明水热条件的改变对苔原草甸化的影响，揭示未来气候变化下长白山苔原的植被动态，为气候变化下长白山苔原生物多样性的保护和生态安全的维护提供科学依据。

长白山苔原是我国最为典型的山地苔原，过去五十年气候变化引起的水热条件改变促使以小叶章为代表的较低海拔草本植物向高海拔扩张，改变了苔原的植被格局，导致苔原草甸化。然而草本扩张对苔原水热条件的影响及其机制尚不明确，且水热条件改变后是否促进草本扩张也存在很大的不确定性。本项目以长白山西坡苔原带为研究对象，采用以空间代替时间的方法分析苔原草甸化对地表热量平衡和水量平衡的影响。研究发现草本扩张之后，通过降低地表反照率，增加了净辐射；由于草本植物具有较高的叶片蒸腾速率和气孔导度增加了潜热通量，非常绿的小叶章群落生长季后期随着叶片的衰老，蒸腾能力减弱，感热通量明显增强导致整个生长季感热通量的增加；同时草本扩张又通过降低群落的叶面积指数，使土壤热通量增加。草本扩张之后，植物群落的土壤质地发生了改变，即土壤物理结构中沙粒含量减少，粉粒含量上升，土壤更加保水，进而导致苔原径流量的增加。. 针对水热条件的改变是否促进草本植物的生长，从而加剧苔原的草甸化进程。本项目采用从高海拔向低海拔移植样方的实验和根据当前优势物种的样方分布构建生态位模型进行了深入的探讨。实验研究发现，水热条件的改变即温度增加，降水减少从盖度、株数和株高等方面促进了小叶章的生长，有利于小叶章的扩张；模型模拟结果显示，未来气候变化下，苔原原有典型低矮灌木（牛皮杜鹃）的分布面积将减小，分布上限将升高；扩张的草本植物（小叶章和大白花地榆）分布面积将增大，分布上限将升高。本研究阐明了草甸化对苔原水热平衡的影响机制，预测了未来气候变化下长白山苔原的植被动态，为气候变化下长白山苔原生物多样性的保护和生态安全的维护提供科学依据。