青藏高原高山嵩草草甸物候对气候变化的响应机制研究

气候变化是世界瞩目的焦点问题，已经给人类生存的环境带来了一系广泛而深刻的影响。青藏高原是全球变化敏感区之一，其重要的高寒草地生态系统对气候变化的响应及敏感性和适应性研究成为亟需解决的问题。植物的物候是对气候变化最敏感的指示器，申请者在前期研究中发现温度的急剧升高已经对高寒草地的生长季产生了显著的影响。为了进一步深入探讨高寒草地物候对气候变化的响应机制，本项目以高原上典型的高寒草甸类型-高山嵩草草甸为研究对象，结合野外定点监测和遥感模拟，分别从个体和群落尺度上，通过统计分析及模型模拟就其对生态因子（主要是气候因子）时空变化的响应和适应策略进行研究和建模，揭示影响高山嵩草草甸物候的关键生态因子并定量分析其对生态因子变化的响应方式，推进草地尤其是高寒草地物候研究并为其提供本底数据和方法支撑，最后为制定减缓和适应气候变化对高寒草地生态系统影响的战略决策提供理论基础。

目前人们对高寒草甸物候对气候变化响应的研究比较少，对其机制了解也不够清楚。本研究从空间和时间，物种和群落多个层次探讨了高寒草甸物候对环境因子（主要是温度和降水）的响应模式。我们在高寒草甸区沿海拔梯度建立了7个样方，监测了物种水平的物候期及环境因子，通过统计分析得到了物候在空间上对环境因子的响应。空间上，气温的升高、前一年秋季至第二年春季的土壤湿度及土壤有机质和磷含量的增加是花期提前的主要因素。物种水平时间尺度上的研究，我们收集了1989-2010年10个物种的物候和相应站点的气象数据，并进行了回归分析。结果显示，春季和初夏的温度上升及春季降水的增多会使展叶始期和始花期提前；虽然在研究时段内气温显著升高，但是春季和初夏的气温和降水却没有显著上升，因此展叶始期和始花期并没有呈现出显著的年际变化。利用遥感手段，从群落水平上分析了高寒草甸不同物候期的始末及物候期内的生长状态变化对气候变化的响应。研究发现冬季温度升高推迟了返青期，晚春和初夏的气温升高使返青期提前。夏季气温高使黄枯期提前，而秋季温度高使黄枯期推迟。气候变暖缩短了青藏高原草地的生长季，但却增加了相同生长季节内植被的活动。项目最后探讨了物种尺度的生殖物候与植物高度的消长关系。植株矮的物种比植株高的物种出苗、抽穗、开花时间早，而且先生长到最高高度，这使它们能够在被植株高的物种遮蔽之前生产充分的光合作用产物来进行后续的繁殖。不同的生长策略以及相关的功能性状使植物有利于气候变化背景下草地生态系统中的物种共存。此项目推进了草地尤其是高寒草地物候研究本底数据收集和方法的研究，并为制定减缓和适应气候变化对高寒草地生态系统影响的战略决策提供理论基础。