科学家揭示物种之间的补偿作用在青藏高原草地生产力维持过程中起关键作用

2018 年 4 月 19 日 中科院之声

近50年来，青藏高原经历着两倍于全球平均的升温过程以及显著的降水格局变化。剧烈的气候变化将如何影响高寒草地生态系统的结构和功能？其内在机制是什么？这些问题直接关系着高原5000万只藏系绵羊、1400万头牦牛以及大量野生有蹄类动物的生存与生长，与700万当地牧民的生产与生活紧密联系，一直为国内外研究者们所关注。为解答这些科学问题，科研人员需要克服高原恶劣的气候条件，进行严格的野外气候变化控制实验，因此工作难度极大。

中国科学院西北高原生物研究所“高寒生态系统与全球变化”学科组与北京大学城市与环境学院等单位合作，于2011年在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站（海北站），建立了大型的“增温-降水改变”控制实验（图1）。通过野外实验，结合海北站连续32年的地面监测以及青藏高原9个站点实验研究的Meta分析，探讨了气候变化对高寒草地植物群落结构和生产力的影响。论文Shifting plant species composition in response to climate change stabilizes grassland primary production 于4月17日在线发表在《美国国家科学院院刊》上。

研究发现，尽管过去32年以来海北站气候呈现暖干化的趋势，但草地生产力无显著趋势性变化。与此同时，草地物种组成却发生了明显改变，即深根系的禾草增加、浅根系的莎草减少。这种功能群组成的变化增强了植物群落对深层土壤水分的获取能力，有利于气候变化下生态系统初级生产力的稳定。气候变化控制实验进一步证明，增温和干旱处理有利于光合产物向地下分配，但对总初级生产力无显著影响。Meta分析证实了气候变暖条件下物种组成改变在整个高原普遍存在。这些结果表明，青藏高原高寒草地生产力并不像以前认为的对气候变化极其敏感；更重要的是，高寒草地植物物种多样性在气候变化下生产力维持过程中起着关键作用。如果未来植物多样性丧失，高寒草地对气候变化的缓冲作用降低，就会威胁到生态系统的服务功能。

“高寒生态系统与全球变化”学科组长期从事高寒生态系统对全球变化的响应与适应、高寒湿地温室气体排放及其对全球变化的反馈以及高寒草地碳氮循环等方面的研究。课题组近五年对高寒生态系统的研究成果还发表在Nature Communications (2015, 6: 8159; 2017, 8: 15378), Global Change Biology (2017, 23: 815-829) 以及Global Biogeochemical Cycles (2014, 28: 1081-1095) 等期刊上。

该研究得到了中科院先导专项、科技部“973”项目、国家自然科学基金等项目的资助。贺金生、曹广民、赵新全、张振华、张发伟为论文的共同作者，贺金生为论文的通讯作者。