冬季增温对高山草地植物物候分化格局的影响研究

高山植物群落物候分化在维持物种共存与提高土壤养分利用效率方面发挥着重要作用。基于"冬季增温由于推迟或不能满足高山植物对冬季低温的需求量而导致春季植物物候启动推迟"这一基本思路，我们假定冬季增温可能会对青藏高原高山草地植物群落的物候格局产生实质性的影响。本申请项目拟通过在冬季采用红外辐射加热器模拟气候变暖的增温控制试验，揭示冬季增温将对高山草地的现有物候格局产生怎样的扰动或影响。并在此研究基础上，通过分析物候扰动对典型植物营养生长与生殖生长的投入比值及其繁殖成功率的影响，回答"物候谱格局变化对高山植物物种共存究竟会产生怎样的影响？"；通过探讨物候扰动是否导致早春植物"春坝"作用的丧失，回答"物候谱格局变化将对高山植物群落土壤营养库的稳定产生怎样潜在的影响？"，以期为气候变暖背景下高山草地的管理和可持续利用提供一定的科学指导。

本项目以青藏高原东缘的高山草地为研究对象，通过对土壤微生物群落、不同形态可利用氮素及植物营养生长与开花物候等指标3年的监测，研究了高山草地不同形态可利用氮素与土壤微生物群落动态之间的关系，高山草地植物营养生长与开花物候对土壤可利用氮素动态的适应性响应，以及年际间冬季温度差异对高山草地植物生长与土壤氮素动态的可能影响；同时，通过鲜花凋落物分解试验以及采取稳定性同位素(15N)原位添加试验，探讨了不同物候期鲜花凋落物分解对土壤营养的补偿作用以及高山草地植物在群落、功能群和物种水平上对于氮素的吸收偏好。研究结果表明：（1）高山草地冬季较高的氮素转化，与旺盛的土壤微生物活性密切相关，研究结果表明除了真菌，放线菌和氨化细菌也是适应青藏高原东部低温环境的微生物种群； 土壤微生物生物量在4月初显著降低，这种转变不是由于可利用碳底物限制的原因，而是由于土壤温度达到冰点以上，导致土壤微生物菌群转换所致。因此，铵态氮在冬春季的累积，以及微生物菌群转换释放的水溶性有机氮对高山草地维持氮素在生长季的动态具有至关重要的作用。（2）高山植物为了适应生长季初期富集的养分流，通常会在生长启动后的2个月内迅速完成营养生长，并且早期开花植物对氮素的吸收量显著高于中期开花植物与晚期开花植物，在高山草地生态系统中存在着所谓的“春坝效应”。此外，对于同一个样地的植物而言，生长启动越晚，其营养生长持续的时间越短；对于不同样的地植物而言，山脊附近植物生长启动较集中，植物生长竞争大，营养生长持续时间要略长于远离山脊的位置。（3）冬春季增温，不同形态的氮在冬春季的累积时间缩短，累积值明显减少，同时，氮的季节动态提前；植物的适应性特征表现为物候启动普遍提前，启动的持续的时间间隔缩短，花期较早，但花期结束也相对提前。（4）鲜花凋落物分解率显著高于普通凋落物，具有对土壤中可利用养分（N、P）进行快速补偿的作用。（5）不同开花物候植物对不同形态可利用氮素的偏好吸收，与高山草地不同形态可利用氮素动态具有耦合关系，生长季初期铵态氮富集，早期开花植物对铵态氮吸收较多，生长季中期硝态氮较多，中期开花植物偏好硝态氮。