青藏高原多年冻土区高寒草地植物物候对气候变暖的响应研究

因气候变暖引起的青藏高原多年冻土环境正在发生剧烈变化，加之不合理放牧等使其上垫面高寒草地植被退化等生态问题日益严重。植物物候作为反映气候等环境因子变化背景下植被生长过程及内在机理的关键指标和重要表征，其对全球气候变暖的响应研究正在成为一个新的热点领域和前沿课题。然而，有关高原多年冻土区高寒草地植物物候方面的长期定位观测研究至今依然是空白。本项目拟以该地区三种典型高寒草地固定试验样地的植物为研究对象，补设开顶式生长室（OTCs）模拟增温试验装置，进行OTCs内外植物物候与环境因子（气候和冻土）的定位观测，从而定量分析各高寒草地植物的物候学特征，揭示物候变化模式和规律，并初步探讨和预测植物物候对气候变暖及其作用之下冻土环境变化的响应机制。由此，为该地区畜牧业合理发展、生态环境保护等提供理论和实践依据，同时也为植物物候资料的填补与长期积累、中国物候观测网的全面建设发展奠定良好基础。

全球气候变暖背景下，多年冻土退化程度加剧，从而导致高寒生态系统植被特征和土壤环境发生剧烈变化，使得生态环境恶化问题日益严峻。目前，有关多年冻土区高寒生态系统对气候变暖的响应研究已成为一项新的热点领域和前沿课题。然而，相关观测研究在青藏高原腹地多年冻土区仍很缺乏，尤其针对高寒草地植物物候响应方面的定位观测研究至今依然空白。为此，本项目选取高原腹地北麓河多年冻土区高寒草甸、高寒沼泽草甸和高寒草原3种典型类型高寒草地开顶式生长室（OTCs）模拟增温试验场作为研究对象，进行OTCs与对照区的植被特征（植物物候、群落盖度和生物量）和环境因子（气象要素和土壤理化特性）的定期观测，定量分析自然条件下高寒草甸植物种群物候学特征，并初步探讨高寒草地生态系统对模拟增温的响应特征。得出的主要结论如下：（1）自然条件下植物营养期和结实期的物候指数都较大，其他物候期则相对较小；整个生长期持续天数较短（为155天左右），营养期和整个生长期与物候变化最为密切的环境因子为降水量。（2）模拟增温使得高寒草地15cm处气温平均升高1.3℃，相对湿度降低2.4%；0-40cm土壤温度增加0.9℃，10cm处土壤含水量降低约0.3%；（3）近3年模拟增温使得高寒草地植物生长期始期明显提前（P<0.05），而末期显著延迟（P<0.01），高寒草甸、高寒沼泽草甸和高寒草原植物生长期明显增加8.3天、6.9天和7.6天（P<0.01）。（4）模拟增温致使高寒草地群落盖度有所增加；同时，导致高寒草地地上生物量有所增加；地下生物量和总生物量表现出在高寒沼泽草甸和高寒草原中有所增加，而在高寒草甸中有所下降。（5）模拟增温对高寒草地0-10cm的土壤粒径组成影响较大，均表现出了粗砾化现象；导致高寒沼泽草甸和高寒草原土壤有机碳含量有所增加，全氮含量均有所降低，而高寒草甸中土壤有机碳含量显著降低（P<0.05），全氮含量均有所增加。（6）模拟增温使得高寒草甸中土壤酶活性增加，而在高寒沼泽草甸和高寒草原中因酶活性指标不同变化各异。由此，可为预测未来气候变暖情景下该地区高寒生态系统变化趋势以及生态环境保护提供科学参考。