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Scientific Reports:发现高寒草甸优势植物返青物候感应季风雨来临时间
2016-02-22

  物候是生物适应气候的季节性变化而形成的生长发育节律,一般认为主要受温度条件的控制,常用来指示陆地生态系统响应全球气候变化的重要指标。全球观测数据显示,气候变暖下中高纬度湿润区的森林和苔原植物返青期普遍提前,生长季延长;但是,在干旱半干旱区,返青期的变化趋势复杂多样。青藏高原过去30年气温普遍升高且升温速率远高于全球,但是,基于遥感数据的区域草地植被返青期表现为推迟、提前、没有变化等不同趋势。在青海5个站点近20年定位观测,高寒草甸优势物种的返青期无显著变化趋势,有关调控因子和机制仍不清楚,而这是理解气候变化响应的关键。青藏高原高寒草甸/草原是适应寒冷和干旱气候的高原地带性植被,其形成和分布深受印度季风气候效应的影响。在西风与季风交互作用下,生长季早期既寒冷又干旱。高寒草地优势物种会采取什么物候策略以同时适应寒冷和干旱气候环境?雨热同期的季风气候效应是否/如何控制其春季物候?相关研究则非常少。

  中国科学院青藏高原地球科学卓越中心、青藏高原研究所高寒生态学与生物多样性重点实验室罗天祥研究员课题组,依托中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站,基于念青唐古拉山南坡(西藏当雄)海拔梯度实验观测平台的2007-2013年物候观测数据【观测物种:高山嵩草、丝颖针茅、垫状点地梅,7个海拔从草甸下限到上限,每个海拔设自动气象站、围栏和移植实验样地】,并结合已发表的青海曲麻莱和河南农牧站1989-2010年物候观测数据【高山嵩草、羊茅和垂穗披碱草】,发现(图1和图2):1) 嵩草属和针茅属等广布优势物种的返青期与季风雨来临时间同步,对降水变化敏感,但对温度变化不敏感(印度季风爆发时间一般出现在5月底至6月底,这时高原平均气温已经普遍大于0 oC);2) 伴生的垫状植物(其垫状体内有较高温度和湿度)返青期最早且在温暖年份提前,对温度变化敏感,但对降水变化不敏感。研究结果指出,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。在区域上,雨季开始日期及返青前雨量控制高寒草地返青期的时空变化,增温则很可能通过改变降水形态而产生间接影响(图3和图4)。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。

  研究成果已发表于Scientific Reports(第一作者为李瑞成博士后,罗天祥研究员为通讯作者)。论文链接:http://www.nature.com/articles/srep20985 

  本研究得到了中国科学院战略性先导专项B和国家自然科学基金等的支持。

图1. (a) 当雄高寒草甸三个优势物种展叶期比较及其海拔分异;(b) 当雄高山嵩草展叶期的年际变化及其与季风爆发和雨季来临时间、300hPa高空风速的关系;(c) 青海曲麻莱和河南高山嵩草展叶期的年际变化及其与雨季来临时间的关系

图2. 当雄高寒草甸三个优势物种展叶期与返青前30/60天平均气温和降水的关系。(a-b)垫状点地梅,(c-d) 丝颖针茅,(e-f) 高山嵩草。内插图为移植实验数据。

图3. 高山嵩草返青期和雨季开始日期均随经度增加而提前,约4天/度

图4. 青海曲麻莱和河南高山嵩草22年的观测数据验证了当雄实验结果,并指出降水形态影响高山嵩草返青期变化及其对气候变化的敏感性

 
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