叶碳同位素对高寒草甸生产力年际变化及海拔分异的指示

气候和土壤环境变化可通过改变叶内外CO2浓度比值而引起叶δ13C变化，但不清楚叶δ13C变化在多大程度上指示群落水平的生产力变化。最近我们发现平均叶δ13C与净初级生产力（NPP）普遍存在负相关，建立了NPP与叶δ13C和氮含量关系的机理模型。申请项目旨在验证该机理模型，拟依托西藏高寒草甸定位观测实验平台，测定不同海拔固定样地主要种群/群落的地上生物量、叶δ13C和氮含量等年际变化，以同步观测的气象数据计算生长季实际与潜在蒸散量（E/Em），试图阐明：1）气候年际波动及海拔分异是否导致种群/群落地上生物量、叶δ13C和氮含量等发生显著变化，2）基于叶δ13C和氮含量及E/Em估算的NPP是否能预测地上生物量的年际变化和海拔分异，（3）在E/Em<0.85时叶δ13C和生物量变化是否主要受土壤水分供给的制约。研究结果可为定位监测和模拟高寒植被生产力动态及其对气候变化的响应提供一种简便新途径。

研究项目依托沿海拔梯度建立的西藏当雄高寒草甸定位观测实验平台，旨在验证我们最新提出的联系叶功能性状和土壤水量平衡的净初级生产力机理模型，以阐明全球变化下高寒草地生产力的变化机制。总的来说，我们已经完成了本项目拟订的研究计划和目标，主要包括：建立了念青唐古拉山南坡（当雄）海拔梯度围栏+移植实验平台，为理解全球变化下高寒草甸生态系统变化机制提供了新的研究平台；测定分析了主要植物种群的物候、生产力及叶功能性状的年际变化和海拔分异；模拟分析了群落冠层平均叶碳同位素和氮含量与地上生物产量的关系；建立了2006-2014年西藏当雄高寒草甸海拔梯度定位观测实验数据库；已经发表SCI论文5篇，CSCD论文1篇，获得授权实用新型发明专利2项。研究工作获得如下新认识：..1、阐明了高山嵩草叶碳同位素的海拔分布格局及其对群落生产力变化的指示，发现水热组合因子（生长季降水量与≥5℃积温的比值，GSP/AccT）可解释生物量和叶碳同位素值变化的71%-88%，据此提出的草地植被生产力水分限制阈值（GSP/AccT<0.80-0.84）与新建立的光合生产力机理模型结果相一致。..2、揭示了典型高寒垫状植物海拔分布格局的气候限制因子及其阈值，发现最佳水热组合(GSP/AccT = 0.7)决定垫状点地梅盖度随海拔的单峰分布格局，其海拔分布上、下限分别受表层土壤低温与高温的控制(日最低温<0℃与日高温≥25℃在生长季出现的天数)。..3、发现长期围栏禁牧可降低高寒草地生态系统呼吸的温度敏感性（不同海拔围栏内Q10值整体上显著低于围栏外，尤其是夜间Q10），为合理评估正在实施的西藏退牧还草等生态建设工程以及为应对气候变化的高寒草地适应性管理提供了重要科学依据。..4、发现高寒草甸优势植物返青物候感应季风雨来临时间，指出在雨热同期的季风气候效应下，为避免春季低温和干旱胁迫，高寒草地广布优势物种普遍形成一种能感应季风雨来临时间的物候适应策略。这一新认识解释了青藏高原高寒草甸/草原的扇型分布格局以及返青物候和生产力的时空变化格局，并为理解季风气候变化及其影响范围、古植被演变及西风与季风交互作用等提供了理论基础。