【摘 要】
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青藏高原作为地球“第三极”,占我国陆地面积近四分之一,平均海拔在4000m以上,是世界上海拔最高、地形最复杂、面积最大的高原冻土区。高海拔以及多年冻土的存在,使位于青藏高原多年冻土区的高寒生态系统极为脆弱,对全球气候变化尤为敏感。过去50年间,青藏高原多年冻土区增温速率与增温幅度明显高于北半球及全球平均水平,气候变暖加速冻土融化,改变土壤冻融过程,对高寒生态系统产生深远影响。在多年冻土区研究高寒生
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所)
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青藏高原作为地球“第三极”,占我国陆地面积近四分之一,平均海拔在4000m以上,是世界上海拔最高、地形最复杂、面积最大的高原冻土区。高海拔以及多年冻土的存在,使位于青藏高原多年冻土区的高寒生态系统极为脆弱,对全球气候变化尤为敏感。过去50年间,青藏高原多年冻土区增温速率与增温幅度明显高于北半球及全球平均水平,气候变暖加速冻土融化,改变土壤冻融过程,对高寒生态系统产生深远影响。在多年冻土区研究高寒生态系统对气候变暖的响应,有助于深入理解高寒生态系统对全球气候变化的响应特征与演变趋势,为高寒草地生态系统实现可持续经营和发展提供科学和理论依据。在青藏高原多年冻土广泛发育的风火山地区,选取典型小嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸为研究对象,采用OTCs模拟增温,明确空气温度、土壤水热、土壤养分和冻融作用等非生物因素,植被物候、根系生产力以及根系特征等生物因素对模拟增温的响应过程,揭示多年冻土区高寒草甸根系净初级生产力对增温响应的潜在机制。主要结果和结论如下:（1）模拟增温对两种草甸环境因素的影响在生长季与非生长季存在差异,主要体现在植被返青期,小嵩草草甸土壤表层速效氮和速效磷增加,两种草甸土壤趋于暖湿化,而在生长季两种草甸土壤趋于暖干化。OTCs增加两种草甸的空气温度,小嵩草年均气温增幅为1.69℃,藏嵩草沼泽化草甸增温2.51℃;两种草甸生长季（5-9月）土壤水分降低,但非生长季土壤水分（1-4月和10-12月）增加。同时,OTCs使两种草甸土壤消融起始日提前,冻结起始日推迟,完全融化期延长,小嵩草草甸土壤表层（0-10 cm）速效氮和速效磷含量在返青期（5月5日-5月26日）增加。（2）OTCs促进高寒草甸根系生长,根系生物量对增温的响应存在季节性差异。OTCs在旺盛期和枯黄期提高小嵩草草甸根系生物量,在枯黄期提高藏嵩草草甸根系生物量。在旺盛期,小嵩草草甸根系生物量增加与生长季浅层土壤暖干化有关,植物为获取土壤水分、养分资源,将更多生物量向下分配,以稳定植物生长。（3）根系形态对增温的响应存在草甸类型差异,对于小嵩草草甸,增温在返青期促进根系对土壤资源的获取,在旺盛期和枯黄期提高根系的抗胁迫能力;对于藏嵩草沼泽化草甸,增温始终促进植物对土壤水分和养分的快速吸收和利用,朝着资源快速获取型策略发展。具体而言,在返青期,OTCs显著增加小嵩草草甸总根长。在旺盛期,增温显著增加藏嵩草沼泽化草甸比根长和比根面积;增加小嵩草草甸总根长。在枯黄期,增温使藏嵩草沼泽化草甸比根长、比根面积和根直径增加;小嵩草草甸比根长、比根面积降低,而根组织密度、根直径增加。（4）根系碳、氮、磷含量及化学计量比对增温的响应存在季节性差异。在返青期,OTCs使两种草甸根系碳、氮、磷养分元素均提高,在旺盛期降低小嵩草草甸根系碳、氮、磷含量和碳磷比值,并在枯黄期提高根系碳含量水平和碳氮比值。（5）在返青期,OTCs促进高寒草甸根系淀粉转化为可溶性糖以提高植物代谢水平,促进生长。在枯黄期,OTCs使小嵩草草甸根系可溶性糖含量、根系淀粉含量和根系非结构性碳水化合物总量增加,提高了小嵩草草甸冬季根系碳储藏量。（6）增温对高寒草甸根系生产力的影响与根系特征和环境因子紧密相关;同时,增温对两种草甸群落物候的影响,也与气温和土壤冻融作用密切相关。具体表现为,两种草甸返青期随年均气温的升高和土壤融化起始日的提前而提前;枯黄期随土壤冻结日和融化时长的推迟而延迟;生长季长度随年均温的升高,土壤冻结日的延迟和土壤融化期的增加而延长。对于小嵩草草甸,返青期根系生物量与根系总根长、根组织密度、根系非结构性碳储藏含量呈显著正相关,与比根长、根直径和根系N含量呈显著负相关;旺盛期根系生物量主要与生长季水分呈显著负相关;枯黄期根系生物量与根组织密度呈显著正相关。对于藏嵩草沼泽化草甸,返青期根系生物量与总根长呈显著正相关,与比根长呈显著负相关。
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