全球气候变化已成为众多科学工作者、各国政府领导人及普通民众所共同关注的焦点问题。在全球变暖的背景下,全球多年冻土处于大范围的退化之中。黑河上游位于青藏高原北缘的祁连山地区,是我国西北地区的重要生态屏障,广泛发育着多年冻土,高寒草甸生态系统极为脆弱,对气候变化高度敏感,更容易受到全球气候变暖的影响。气候变化通过改变温度、湿度、光照、UV辐射等外部条件,引起高寒草甸植被与环境的生态关系发生变化。本研究旨在揭示高山嵩草(Kobresia pygmaea)适应不同生长环境甚至全球气候变化的生理学机制和策略,从而有助于加深全球变化对高寒地区植被影响的认识。本研究选择不同海拔(Different elevation)、模拟增温(Experimental warming)以及热融滑塌(Thaw slump)3种不同的生境特征,以高山嵩草(K.pygmaea)作为研究对象,研究了不同生境的高山嵩草生理特性,如丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、脯氨酸(Proline,Pro)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、叶绿素(Chlorophyll,Chl)指标,从而考虑植被对生长环境变化的响应、调控和适应过程。主要研究结论如下:(1)随海拔升高,环境胁迫程度增大,高山嵩草膜脂过氧化产物MDA含量增加;渗透调节物质Pro含量增加,高山嵩草对抗低温胁迫的能力增强;在低海拔地区高山嵩草内体SOD活性上升,活性氧清除能力增强,但随海拔持续上升,SOD活性、POD活性下降,高山嵩草抗逆性减弱;随海拔升高叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、总叶绿素(Chlt)含量减少,光合能力减弱,保护光和器官免受低温、强辐射的伤害。随植物的生长发育,在低温以及植被自然衰老的共同影响下,高山嵩草叶片MDA含量逐渐增加;Pro含量先降后增,调节渗透能力增强;在植物生长末期,高山嵩草衰老严重,活性氧大量积累,SOD活性、POD活性逐渐增强,清除活性氧的能力增强;低温抑制叶绿素的合成,使Chla、Chlb、Chlt含量减少,光合能力减弱。(2)开顶式增温生长室(Open-top chambers,OTCs)模拟增温发现,增温处理下高山嵩草体内MDA含量明显比对照区低,即增温减轻了低温环境对嵩草的胁迫;同时,增温也缓解了高山嵩草对水分的需求,Pro含量降低,渗透调节能力下降;POD、SOD活性增加,嵩草清除活性氧的能力增强,增温对SOD活性影响不显著;高山嵩草叶绿素浓度增高,光合作用能力增强,说明增温缓解了环境因子的胁迫,促进叶绿素的合成,促进了植被生长。随植物的生长发育,高山嵩草叶片MDA含量逐渐增加,植物自然衰老衰老是MDA含量增加的重要原因;Pro含量逐渐降低,渗透调节能力减弱;在植物衰老过程中SOD活性无显著变化,而POD活性变化不一致,整体呈降低趋势,说明SOD仍是清除活性氧的主要酶;高山嵩草体内Chla、Chlb、总叶绿素含量表现不同,整体出现先增后降或逐渐下降两种趋势,在生长季进行过程中,植物自然衰老可能破坏了体内叶绿素。研究发现,增温缓解了自然条件下的低温胁迫,使地表温度和土壤温度升高,土壤湿度降低。其中,温度是影响生理特性变化的最主要环境因子。(3)多年冻土热融滑塌发生后,土壤水热条件发生改变,使滑塌区高山嵩草叶片中MDA含量增加,说明滑塌过程是高山嵩草受到环境胁迫,膜脂过氧化程度加剧。滑塌区土壤水分减少,使脯氨酸含量增加,细胞液浓度增大,维持正常的渗透压,吸收和利用水分;POD、SOD活性增加,嵩草清除活性氧的能力增强,热融滑塌的发生对高山嵩草在成环境胁迫未超过高山嵩草抗氧化酶系统的能力;叶绿素浓度升高,光合作用能力增强,植物的生长发育更旺盛。随植物的生长发育,高山嵩草叶片MDA含量出现先增后降或逐渐增加的趋势;土壤水分出现先增后降的趋势,而Pro含量则表现为先降后增,Pro含量与土壤水分密切相关;SOD活性无显著变化,而POD活性逐渐呈降低,说明由生长季带来的温度降低、季节性冻土冻融循环和植物衰老等过程中,对于活性氧的清除仍是SOD起主导作用,而POD的作用逐渐降低;除个别情况外,Chla、Chlb、Chlt含量均为先增后降的趋势。研究表明,高山嵩草的生理特性变化主要是由热融滑塌过程引起的土壤水热条件改变引起的,温度和土壤水分是影响高山嵩草的生理特性的主要环境因子。总之,本研究表明,不同环境因子对高山嵩草生理特性的影响不是单方面的,温度和土壤水分共同影响着高山嵩草的生长发育,是一个复杂的过程。高海拔地区温度较低,高山嵩草生长受低温限制;增温情况下,缓解了环境胁迫对高山嵩草的影响;而热融滑塌过程中,尽管水分在滑塌过程中降低,但是滑塌地貌形成后,水分增加,有利于植被生物量积累。因此,从植被生理指标变化来看,气候变暖所带来的温度升高有利于高山嵩草的生长。