近50年來，青藏高原經(jīng)歷著兩倍于全球平均的升溫過程，同時(shí)降水格局也發(fā)生了顯著的變化。劇烈的氣候變化將如何影響高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能？其內(nèi)在機(jī)制是什么？這些問題直接關(guān)系著高原5000萬只藏系綿羊、1400萬頭牦牛以及大量野生有蹄類動物的生存與生長，與700萬當(dāng)?shù)啬撩竦纳a(chǎn)與生活緊密聯(lián)系，一直為國內(nèi)外研究者們所關(guān)注。為解答這些科學(xué)問題，科研人員需要克服高原惡劣的氣候條件，進(jìn)行嚴(yán)格的野外氣候變化控制實(shí)驗(yàn)，因此工作難度極大。

北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院賀金生教授課題組與中國科學(xué)院西北高原生物研究所等單位合作，于2011年在青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站（簡稱“海北站”），建立了大型的“增溫-降水改變”控制實(shí)驗(yàn)（圖1）。通過野外實(shí)驗(yàn)，結(jié)合海北站連續(xù)32年的地面監(jiān)測、以及青藏高原9個站點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究的整合分析，探討了氣候變化對高寒草地植物群落結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力的影響。論文 “Shifting plant species composition in response to climate change stabilizes grassland primary production” 作為方精云院士組織的“Climate change, policy, and carbon sequestration in China”專題系列論文之一，于2018年4月17日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上（http://www.pnas.org/content/115/16/4051）。

研究發(fā)現(xiàn)，盡管過去32年以來海北站氣候呈現(xiàn)暖干化的趨勢，但草地生產(chǎn)力無顯著趨勢性變化。但是，32年間草地物種組成卻發(fā)生了明顯改變，即深根系的禾草增加、淺根系的莎草減少。這種功能群組成的變化增強(qiáng)了植物群落對深層土壤水分的獲取能力，有利于氣候變化下生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的穩(wěn)定。氣候變化控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，增溫和干旱處理有利于光合產(chǎn)物向地下分配，但對總初級生產(chǎn)力無顯著影響。整合分析證實(shí)了氣候變暖條件下物種組成這種改變在整個高原普遍存在。這些結(jié)果表明，高寒草地植物多樣性在氣候變化下生產(chǎn)力維持過程中起著關(guān)鍵作用。更重要的是，發(fā)現(xiàn)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)并沒有從氣候變暖過程中受益，這和以前的認(rèn)識完全不同。

城市與環(huán)境學(xué)院博士生劉慧穎為論文第一作者，賀金生為論文通訊作者。該研究得到了科技部 “全球變化研究國家重大科學(xué)研究計(jì)劃” 、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、面上等項(xiàng)目的資助。

賀金生課題組長期從事高寒生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應(yīng)與適應(yīng)、高寒濕地溫室氣體排放及其對全球變化的反饋、以及高寒草地碳氮循環(huán)等方面的研究。課題組近五年對高寒生態(tài)系統(tǒng)的研究成果還發(fā)表在Nature Communications (2015, 6: 8159; 2017, 8: 15378), Global Change Biology (2017, 23: 815-829)等期刊上。

 

 

 

 

 

圖1. 青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站的長期監(jiān)測樣地以及大型 “增溫-降水” 實(shí)驗(yàn)平臺

 

 

 

圖2. 高寒草地生態(tài)系統(tǒng)過程對氣候變暖的響應(yīng)及其對氣候變化的潛在反饋。紅色箭頭(+）、藍(lán)色箭頭(-) 和紅色箭頭(?) 分別表示增加、減少和不確定