科研進展
西北高原所海北站揭示高寒植物物候在長期增溫與降溫條件下對地上凈初級生產(chǎn)力響應機制的關鍵作用
氣候變化預計將在未來數(shù)十年持續(xù)加劇，可能對反映生態(tài)系統(tǒng)功能及固碳能力的重要指標-地上凈初級生產(chǎn)力（ANPP）產(chǎn)生重要影響。然而，目前關于十年尺度以上的長期降溫效應研究仍較為匱乏，且溫度變化通過物候級聯(lián)影響植物生長與ANPP的內在機制尚不清晰，導致與降溫相關的長期氣候變動效應仍需系統(tǒng)探究。
依托2007年在青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站建立的“山體垂直帶雙向移栽實驗平臺”，高寒生態(tài)系統(tǒng)與全球變化研究團隊開展了為期15年的連續(xù)觀測，系統(tǒng)監(jiān)測ANPP動態(tài)，并結合高頻植物物候與群落生產(chǎn)力形成動態(tài)，深入解析其響應機制。
研究結果表明，在15年增溫處理下，ANPP顯著增加，而在降溫處理下降低。值得注意的是，增溫對ANPP的促進效應隨時間推移逐漸增強，而降溫的抑制效應則未表現(xiàn)出顯著的時間依賴性。重要的是，生長季早期物候影響了ANPP對增溫和降溫的響應。關鍵發(fā)現(xiàn)在于，生長季早期的物候變化在調節(jié)ANPP對溫度變化的響應中發(fā)揮重要作用。具體而言，增溫條件下ANPP的增加與植物返青期提前及生長速率加快密切相關；而在降溫條件下，葉片與開花物候對植物生長表現(xiàn)出解耦的級聯(lián)效應：返青期提前反而抑制了植物后續(xù)生長，而開花期推遲則部分抵消了前期的不利影響。
上述結果表明，若僅依據(jù)短期增溫實驗外推長期生態(tài)響應，忽略增溫效應隨時間演變的非線性特征以及降溫階段所具有的獨特生態(tài)機制，將可能導致預測偏差。本研究進一步證實，植物物候事件的動態(tài)變化介導了長期增溫和降溫對高寒草地ANPP的影響，為深入理解高寒生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對長期氣候變化的響應提供了更為全面的科學依據(jù)。
該成果于2025年12月2日以The role of plant phenology in the response of plant productivity to decadal climate warming and cooling為題發(fā)表在Journal of Ecology（中國科學院1區(qū)TOP，IF=5.6）。西北高原所在讀博士生魏瑤為第一作者，張振華研究員為通訊作者，蘭州大學井新教授為共同通訊作者，中國科學院青藏高原研究所汪詩平研究員、北京大學賀金生教授、青海大學趙新全教授、華東師范大學劉慧穎教授、中國科學院地理科學與資源研究所Alan E. Watson等也參與了該項研究。該研究得到國家自然科學基金、西部之光-重點實驗室專項交叉團隊項目和第二次青藏高原科學考察項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.70209
除此之外，高寒生態(tài)系統(tǒng)與全球變化研究團隊還闡明了功能性狀如何調控高寒克隆植物繁殖策略響應增溫和降溫的機制，相關研究結果于2025年7月10日發(fā)表在《生態(tài)學雜志》上。
論文鏈接：https://link.cnki.net/urlid/21.1148.Q.20250710.0926.004
圖1 地上生物量積累與快速生長期的概念示意圖
圖2 地上凈初級生產(chǎn)力對長期增溫和降溫的響應
圖3 增溫和降溫下生長指標、物候事件及開花物種組成的溫度敏感性
圖4 十年尺度以上增溫和降溫影響地上凈初級生產(chǎn)力的機制示意圖
