高寒草地植被物候和生产力对气候变化的敏感性研究

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在全球气候变暖下,植被物候和生产力对气候变化的敏感性一直是国内外广泛关注的热点议题。青藏高原作为气候变化敏感区和生态脆弱区,气候变化必然对该区域高寒草地生态系统造成不同程度的影响。但是,目前针对高寒草地春季物候对温度敏感还是降水敏感还存在争论,有关春季物候变化的调控因子和机制还不清楚。课题组最新基于青藏高原3个站点长期观测数据发现高寒草甸优势植物返青期与季风雨来临时间同步。那么,在整个高原上不同高寒草地类型是否同样能够感应季风降雨来临还不清楚。此外,在干旱半干旱地区沿海拔梯度不同水热组合下,植被生产力一般随海拔升高呈先增加后降低的单峰分布格局。然而,目前仍缺乏数据阐明沿海拔梯度不同水热环境下高寒植被生产力对气候变化的敏感性差异。为此,本文利用西藏当雄县念青唐古拉山南坡7个海拔梯度固定样地观测数据,包括生物量实测数据(2009-2013)、物候观测数据(2007-2013)、沿海拔梯度的HOBO气象站数据(2006-2013),结合长时间序列的NDVI数据(2000-2013)和青藏高原73个县级气象站数据,分析了青藏高原的植被返青期与雨季开始日期、返青期前温度降水的关系,以及高寒草地地上净初级生产力(ANPP)对降水、温度和物候变化的敏感性及其随海拔的变化规律,主要结论如下:  1.青藏高原73个气象站点中有54个气象站点雨季开始日期与NDVI返青期(2001-2013)存在显著正相关(p<0.05,n=47)或弱正相关(p<0.10,n=7),表明NDVI返青期受到雨季来临的影响,验证了课题组最新研究发现的普遍意义。驱动返青期的降水阈值受局地降水强度和频度的控制,并且与植被类型分布有关。高寒草地NDVI返青期与返青期前30/60天降水量普遍呈负相关关系,但与温度的关系存在地理分异,即NDVI返青期与返青期前30/60天的平均温度在高原北部呈现出负相关关系,而在高原南部呈现正相关关系。因此,认为,NDVI返青期的时空变化受到雨季开始日期以及返青期前30/60天降水量的控制,其对降水变化比较敏感,但对温度变化不敏感。  2.研究区念青唐古拉山南坡多年平均ANPP随海拔的变化整体上均表现为先增加后降低的单峰分布格局,最大值出现在海拔4893m-4942m,说明在海拔梯度上存在一个最适宜植被生长的分布中心;ANPP与生长季降水量呈正相关关系,与生长季平均气温呈负相关关系,其相关斜率的绝对值(指示ANPP的降水敏感性和温度敏感性大小)与ANPP的海拔格局具有相反的变化趋势,即在最适宜植被生长的海拔分布中心附近,ANPP对降水和温度变化的敏感性最低,而在远离该分布中心的较高和较低海拔,ANPP对降水和温度变化的敏感性则相对较大。  3.2001-2013年间,研究区念青唐古拉山南坡植被ANPP普遍呈下降趋势,而返青期呈推迟趋势,枯黄期呈提前趋势,进而导致生长季长度缩短是影响ANPP降低的原因之一。ANPP对返青期、枯黄期和生长季长度变化的敏感性随海拔的变化规律比较复杂,与高寒草甸最适宜海拔分布中心的关系并不明确,这可能是由于ANPP和物候对环境因子的响应机制存在差异。  4.综述所述,本研究结论认为,青藏高原高寒草地植被返青期主要受到雨季来临时间和返青前1-2月的降水的控制,对降水变化比较敏感,但对温度变化不敏感,验证了课题组最新研究发现的普遍意义。研究区念青唐古拉山植被ANPP对温度和降水变化的敏感性在海拔上存在分异,其在中间海拔敏感性最低而在低海拔和高海拔最高。植被返青期和枯黄期通过改变生长季长度对植被生产力产生间接影响。本研究为理解青藏高原春季物候对气候变化的响应机制提供了依据,明确了沿海拔梯度不同水热环境下高寒植被生产力对气候变化的响应规律,这有助于对气候变化背景下高寒生态系统的脆弱性评估及生态保护具有重要的指导意义。
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