高寒草甸植物群落不同径级和根序根系生产、周转和寿命对模拟增温的响应

The root system is not only a bridge connecting the above- and belowground process of the ecosystem, but also the important carbon sink and mineral nutrient bank in terrestrial ecosystem. But the root system grows belowground, not easy to approach and direct observation, so that we have great uncertainty about its ecological function. The proposed project is designed to study the effects of simulated warming on root production, turnover and longevity of alpine meadow on the Qinghai-Tibet Plateau, which is the representative of largest contiguous grassland in the world meadow. Based long-term field experiments (simulated warming) and using minirhizotrons and contiguous with excavation and soil auger method, we intent to explore: does root production, mortality, turnover and longevity of the diameter class and root order have similar patterns of alpine meadow by simulated warming? What are the causes of this change? How to this change affects the carbon storage and nutrient cycling of the alpine meadow ecosystem? To answer these questions, the responses of root production, turnover and longevity of different diameters and root order and their carbon and nitrogen cycles to simulated warming will be observed. We study will comprehensive and detailed explore the root morphological, architectural and function traits for the effects of simulated warming on alpine meadow ecosystems to provide practical advice on how to manage the alpine meadow under future climate warming.

根系不仅是连接生态系统地上和地下过程的桥梁，而且也是陆地生态系统重要的碳汇和矿质养分库。但根系生长于地下，不易接近和直接观察，以致于我们对其生态功能的认识还存在较大的不确定性。有鉴于此，本项目以青藏高原广泛分布的高寒草甸为模式生态系统，依托长期野外模拟增温实验平台，采用微根管技术并结合挖掘法和土钻法研究高寒草甸植物群落根系生产、周转和寿命等指标，以揭示：高寒草甸植物群落不同径级和根序根系的生产、周转和寿命是否对增温有相似的变化模式？这种变化的原因是什么？这种改变是否影响高寒草甸生态系统的碳库及养分循环？项目相应的研究内容是：以直径粗细和根序等级为依据划分高寒草甸植物群落根系组分，探讨增温对不同径级和根序根系的生产、周转和寿命及其碳、氮循环的影响。全面揭示高寒草甸根系形态、构型和功能对模拟增温的响应，为气候变暖背景下高寒草甸的适应性管理提供决策支持。

经过四年的野外调查、室内分析、业内总结等工作，在以下几个方面取得了初步的研究成果。（1）人工草地恢复演替过程中根系动态，植物群落、土壤和土壤微生物群落的响应特征。我们的研究表明人工草地恢复演替在建植初期主要由土壤养分和水分主导，随着建植年限的增加，放牧压力加大，回归土壤的养分减少，环境条件的限制改变了植物生活史对策，根系分配养分比例增加，植物根系生长加快，草地正向演替的主控因子由土壤养分和水分逐渐转变为植物根系。（2）植物不同根序、径级根系动态特征研究。植物不同直径和根序的根系生态功能并不完全相同，低等级根系主要起吸收养分和水分等作用，具有氮含量高和碳含量低、皮层组织发达的特点，高等级根系起运输和支持作用，皮层组织基本消失，但碳含量丰富。（3）植物功能性状。我们的研究表明青藏高原两种优势菊科植物乳白香青和钝苞雪莲生长情况对降雨量变化的敏感性不同：钝苞雪莲对降雨变化适应性更广，有更强的抗旱能力。乳白香青和钝苞雪莲的繁殖分配均在极端干旱情况下显著增加以提高繁殖成功率。（4）凋落物质量及其分解。高寒草甸凋落物质量损失及养分释放受凋落物类型和降雨量的共同影响。考虑到禾本科分解最慢且对降雨变化的响应最为敏感, 未来应关注气候变化尤其是极端减雨下禾本科的质量损失及养分释放对高寒草甸有机质输入及C、N、P循环的影响。（5）植物群落稳定性研究。结果表明，ANPP的稳定性对±50%的降雨变化具有很强的弹性，但极端降雨减少显著降低了ANPP的稳定性及物种的异步性。进一步分析表明，ANPP的稳定性直接受种群稳定性、物种异步性和禾草稳定性的影响。而物种多样性对ANPP稳定性的影响取决于它对物种异步性的积极影响和对种群稳定性的消极影响的程度。