• CN 62-1175/P
  • ISSN 1006-7639
  • 双月刊
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干旱气象, 2022, 40(6): 1068-1080 DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2022)-06-1068

综述

气候变化对青藏高原植被生态系统的影响研究进展

曹晓云,1,2, 周秉荣,2,3, 周华坤4, 乔斌1,2, 颜玉倩1,2, 赵彤1,2, 陈奇1,2, 赵慧芳1,2, 于红妍5

1.青海省气象科学研究所,青海 西宁 810001

2.青海省防灾减灾重点实验室,青海 西宁 810001

3.青海省气象局科技与预报处,青海 西宁 810001

4.中国科学院西北高原生物研究所,青海省高寒区恢复生态学重点实验室,青海 西宁 810001

5.祁连山国家公园青海服务保障中心,青海 西宁 810001

Research progress on the impact of climate change on vegetation ecosystem in the Tibetan Plateau

CAO Xiaoyun,1,2, ZHOU Bingrong,2,3, ZHOU Huakun4, QIAO Bin1,2, YAN Yuqian1,2, ZHAO Tong1,2, CHEN Qi1,2, ZHAO Huifang1,2, YU Hongyan5

1. Institute of Qinghai Meteorological Sciences, Xining 810001, China

2. Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation of Qinghai Province, Xining 810001, China

3. Science and Technology and Forecast Division of Qinghai Meteorological Bureau, Xining 810001, China

4. Northwest Plateau Biology Research Institute of Chinese Academy of Sciences, Qinghai Provincial Key Laboratory of High Cold Region Restoration Ecology, Xining 810001, China

5. Qilian Mountain National Park Qinghai Service Guarantee Center, Xining 810001, China

通讯作者: 周秉荣(1974—),男,正研级高级工程师,从事青藏高原生态气象及其气候效应研究. E-mail:zbr0515@foxmail.com

责任编辑: 蔡迪花;校对:黄小燕

收稿日期: 2021-12-2   修回日期: 2022-04-19  

基金资助: 青藏高原第二次科考项目(2019QZKK0105)
国家自然科学基金项目(U21A2021)
中国气象局创新发展专项(CXFZ2021Z093)
祁连山国家公园(青海片区)高寒湿地监测及保护恢复项目(QHTX-2020-040)

Received: 2021-12-2   Revised: 2022-04-19  

作者简介 About authors

曹晓云(1993—),女,硕士,工程师,从事青藏高原气候与环境研究.E-mail:xiaoyun_cao@126.com

摘要

近几十年来青藏高原整体气温升高、降水增多,受气候变化影响高原植被发生了显著变化。本文梳理总结了高原气候变化状况及其对植被覆盖度与归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、物候期、净初级生产力(net primary productivity,NPP)、生物量碳库、多样性等影响的研究进展,并进行了讨论与展望。主要结论如下:(1)近60 a来,高原气温整体呈显著升高趋势,平均每10 a升高约0.37 ℃,年降水量整体呈增多趋势,平均每10 a增加约10.40 mm,东南部呈暖干化、西北部呈暖湿化趋势;(2)在整体改善背景下,高原植被覆盖度与NDVI存在局部退化态势,改善的面积占比为67.7%~75.0%,主要分布在中东部地区;(3)整体上,高原植被物候呈返青期提前、枯黄期推后、生育期延长的趋势,但2000年后返青期提前则存在较大争议;(4)高原植被NPP整体呈显著增加趋势,但2000年后增速有所减缓,显著增加的区域主要分布在祁连山南部地区及念青唐古拉山北部高寒草甸区,而藏北高原、西藏“一江两河”和三江源中西部地区则呈下降趋势;(5)高原植被生物量碳库整体呈增加趋势,表现为碳汇,且具有明显的空间异质性,高寒草甸草原增加显著,其他草地类型增幅较小,部分地区有所下降;(6)高原植物多样性发生了显著变化,尽管研究结果不尽相同,但气候变化显著影响了高寒草地植物群落物种组成和多样性的事实毋庸置疑。建议未来应加强数据组网观测对比和多尺度效应研究、深化内在机理研究和多因子综合量化分析、强化共享机制、提高应对气候变化的能力,以期促进高原生态保护和高质量发展。

关键词: 青藏高原; 气候变化; 植被; 影响; 研究进展

Abstract

The temperature and precipitation in the Tibetan Plateau (hereinafter referred to as the ‘TP’) increase as a whole, and the vegetation of the plateau has changed significantly under the influence of climate change. This paper summarizes the research progress on plateau climate change and its impact on plateau vegetation coverage and normalized difference vegetation index (NDVI), phenology, net primary productivity (NPP), biomass carbon pool, plant diversity and so on, and the future directions of research are discussed and expected. The main conclusions are as follows: (1) In recent 60 years, the annual average temperature increased significantly with an average increase of 0.37 ℃ per 10 years, and the annual precipitation increased with an average increase of 10.40 mm per 10 years in the TP. The warm and dry trend of climate in the southeast of the TP and the warm and humid trend of climate in the northwest of the TP were obvious. (2) Under the background of overall improvement, the vegetation coverage and NDVI degraded in local regions of the TP. The improved area accounted for 67.7%-75.0% of the plateau total area, and they mainly distributed in the central and eastern regions. (3) Under of the influence of climate change, the green returning period of vegetation in the plateau advanced, the dry and yellow period postponed, and the growth period prolonged on the whole. However, there is a great debate on the green returning period of plateau vegetation in advance after 2000. (4) NPP of plateau vegetation increased significantly as a whole, while the increasing rate of NPP slowed down after 2000. NPP of vegetation increased significantly in southern Qilian Mountains and alpine meadows of northern Nianqing Tanggula Mountains, while it decreased in northern Tibetan Plateau, ‘one river, two rivers’ and the central and western regions of Tibet three river sources. (5) The biomass carbon pool of the plateau vegetation showed an increasing trend, which was carbon sink in general, and the spatial heterogeneity was obvious. The biomass carbon of alpine meadow and steppe increased significantly, while that of other grassland increased slightly, and even decreased in some areas. (6) The plant diversity in the plateau has changed significantly. Although the research results were different, there is no doubt that the climate change has affected significantly on species composition and plant diversity of alpine grassland community. It is suggested to strengthen data networking observation comparison and multi-scale effect research, deepen internal mechanism research and multi-factor comprehensive and quantitative analysis, strengthen sharing mechanism and improve the coping ability to climate change in the future, so as to promote ecological protection and high-quality development of the plateau.

Keywords: Tibetan Plateau; climate change; vegetation; influence; research progress

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本文引用格式

曹晓云, 周秉荣, 周华坤, 乔斌, 颜玉倩, 赵彤, 陈奇, 赵慧芳, 于红妍. 气候变化对青藏高原植被生态系统的影响研究进展[J]. 干旱气象, 2022, 40(6): 1068-1080 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2022)-06-1068

CAO Xiaoyun, ZHOU Bingrong, ZHOU Huakun, QIAO Bin, YAN Yuqian, ZHAO Tong, CHEN Qi, ZHAO Huifang, YU Hongyan. Research progress on the impact of climate change on vegetation ecosystem in the Tibetan Plateau[J]. Arid Meteorology, 2022, 40(6): 1068-1080 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2022)-06-1068

引言

青藏高原平均海拔约4500 m,是世界上最高的独立地貌单元,有着“世界屋脊”、“第三极”和“亚洲水塔”之称,其热力和动力作用对区域与全球气候有重要调节[1],对气候系统稳定、水资源供应、生物多样性保护等具有重要的生态安全屏障作用[2-3]。高原植被复杂多样,水平自然带自东南向西北依次为森林、草甸、草原和荒漠,垂直自然带由海洋性湿润型递变为大陆性干旱型,从喜马拉雅山南侧的热带雨林和常绿阔叶林向北相继更替为针叶混交林、暗针叶林、灌丛、草甸以及高山永久冰雪带,是中国最完整的山地自然景观垂直带谱[4-5],也是生物物种基因库和生物多样性保护地[6]

作为气候变化的“敏感区”和“启动区”、生态环境变化的“指示器”和“调节器”、全球变化的“驱动机”和“放大器”[3,7],气候的微小波动就会强烈影响高原生态系统,从而改变高原生态系统的格局、过程与功能[6]。近60 a来,全球变暖问题在青藏高原尤为突出[8-11]。《中国气候变化蓝皮书(2020)》[12]指出:1961—2019年,高原气温平均每10 a升高约0.37 ℃,升温速率为全球的近2倍,而年降水量平均每10 a增加约10.40 mm,这势必影响高原生态系统。作为陆地生态系统最活跃的组分,植被能够很好地响应气候变化。因此,气候变化对植被生态系统的影响引起了广泛关注,目前已通过野外调查、台站观测、遥感监测、控制试验与模型模拟等方式获取了大量有价值的研究成果[13-16]。但是,由于各研究采用的数据源不同、选取的时空范围不一,加之对植被生态系统与气候变化的相互作用研究不够深入,仍然存在一些需亟待解决的问题。

本文梳理总结了高原气候变化状况,归纳了气候变化对高原植被生长状况、物候、净初级生产力、生物量碳库、多样性等植被生态系统参量影响的现有研究成果,并进行了讨论与展望,以期进一步厘清青藏高原植被生态系统对气候变化的响应,为开展青藏高原生态安全屏障建设、保证青藏高原生态安全提供科学依据。

1 高原气候变化特征

1.1 气温

青藏高原多年平均气温在-6.50~12.90 ℃之间,且自东南向西北逐渐降低,东南部气温较高,西北部和中部气温较低。在气候变暖背景下,1961—2019年青藏高原地表气温平均每10 a升高0.37 ℃[12],其中1979—2018年高原整体升温率为0.46 ℃·(10 a)-1,高于中国、同纬度及全球平均水平,存在“高原变暖放大效应”(图1[17-19]。高原北部变暖最为显著,尤其柴达木盆地增温率最快[13,20]。此外,高原增温率存在明显的季节差异,冬季增温最显著,尤其是西南部和中部江河源区(念青唐古拉山—唐古拉山—巴颜喀拉山—阿尼玛卿山)[21];高原增温存在显著的年代际变化特征,1982—2000年为缓慢增温时段,2001—2010年为显著增温时段,而2010年之后增温有所减缓,增温率低于北半球平均[22]

图1

图1   青藏高原变暖放大效应和海拔依赖型变暖的物理机制示意图(引自文献[17])

Fig.1   Schematic diagram of the physical mechanisms controlling the profile of warming amplification and elevation dependent warming in the Tibetan Plateau (cited from literature [17])


海拔是影响气温变化的重要地形因子,高原变暖存在“海拔依赖现象”(图1[23-25],高海拔比低海拔地区增温更剧烈[25-26],高原海拔依赖型变暖可能在未来气候变化情景下将持续增强[27],但高原海拔依赖型变暖的主要物理机制还未达成共识[24]

1.2 降水

受季风和地形影响,青藏高原降水空间差异显著,多年平均降水量为50.0~2000.0 mm(整体平均约472.4 mm),且自东南向西北递减[28-29]。近几十年来,高原降水量总体呈增多趋势,气候倾向率为10.40 mm·(10 a)-1(1961—2019年),高原整体趋于湿润[12,30],但20世纪80年代后降水量总体增加不显著[31-32]。降水量变化的空间格局差异较大,高原中部和北部干旱半干旱地区降水量增加显著,而东南部和南部湿润区则呈减少趋势(图2[31]。高原四季降水量均表现出增多趋势,但春季降水量增幅最大[33]。另外,从雨季起讫期来看,1961—2017年高原雨季开始期平均每 10 a提前1.4 d,结束期推迟0.8 d,雨季延长2.2 d,降水量增加6.5 mm,且雨季降水极端性增强,2007年以后表现尤为明显,2007年前后中雨日数、1日最大降水量、强降水量和降水强度分别增加1.0 d、9.3%、16.9%和0.4 mm·d-1[34]。预测结果表明,未来高原东部的祁连山区、柴达木盆地东部、青海湖流域与长江源区极端降水事件将明显增加,高原中西部地区发生强降水的可能性亦增大,而高原东南边缘的干旱事件将增多[31,35]

图2

图2   1961—2015年青藏高原年降水量变化空间分区(引自文献[31])

(a)变化趋势;(b)波动特征

Fig.2   The spatial division of annual precipitation change in the Tibetan Plateau from 1961 to 2015 (cited from literature [31])

(a) variation trend, (b) fluctuation characteristics


总体而言,高原东南部呈暖干化、西北部呈暖湿化的态势。然而,由于高原西部尤其是藏北高原气象台站稀少,长时间序列的5000 m以上台站观测资料十分有限,该地区的气候变化特征还需进一步论证。

2 高原气候变化对植被的影响

2.1 植被覆盖度与NDVI

归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)是有效反映绿叶密度、光合有效辐射及累积生物量等参数的重要指标,广泛应用于大尺度地表植被覆盖和生长状况监测研究[36-38]。研究表明,1982年以来青藏高原植被在整体改善背景下存在局部退化态势,改善面积占比67.7%~75.0%,显著改善面积占比30.0%左右,主要分布在高原中东部,而高原西部、南部和东北部的部分地区呈退化趋势[39-41]

高原气温、降水及高寒植被生长限制因子的空间差异导致植被变化趋势存在显著的时空异质性,且不同植被类型在不同阶段的表现不同[41-42]。其中,1982—2006年,低覆盖度的植被改善,高覆盖度的植被退化;针叶林、阔叶林的覆盖度下降,其他类型植被的覆盖度上升[43];湿润半湿润及部分半干旱地区植被改善,半干旱和干旱地区植被退化[44]。基于变化点检测分析发现,1982—2012年高原58.9%的区域植被状态趋于稳定,32.3%的区域植被变化显著,植被改善面积大于退化面积,中东部植被呈改善趋势,西部植被略有退化趋势,而南部和东北部植被退化趋势明显[45-46]。1982—2020年,高原植被NDVI整体呈显著波动增加趋势,每10 a增加0.006[41]图3);在季节尺度上,四季NDVI均呈增加趋势,春、秋季增加尤为显著;荒漠、草原、草甸和森林植被NDVI也表现出波动增加趋势,但不同类型植被的阶段性变化规律有所不同[47]。2000年以来,高原植被NDVI变化存在明显的空间异质性,大部分地区植被生长良好、NDVI增加,局部地区有所退化、NDVI减小,NDVI整体呈微弱增加趋势[48]。其中,高寒草原、高寒荒漠NDVI呈增加趋势,而高寒草甸和针叶林则呈减小趋势[49];干旱和半干旱区植被NDVI增加面积占比明显大于湿润和半湿润区[50]。在植被改善大环境下,原有退化植被的退化程度存在进一步加重的现象[51]

图3

图3   1982—2020年青藏高原植被生长季 NDVI 变化(引自文献[41])

Fig.3   The change of vegetation NDVI in growth season in the Tibetan Plateau from 1982 to 2020(cited from literature [41])


气候变化是高原生态系统变化的主控因子,青藏高原植被生长受水热因子驱动的区域占总面积的56%[41],气候暖湿化对高原植被覆盖度、NDVI为正影响,且存在时空不均衡性。其中,湿润区生长季植被NDVI变化主要受气温影响,气温升高促进植被生长发育;干旱和半干旱区降水对植被NDVI的影响明显高于湿润和半湿润区,降水减少抑制植被生长发育[50,52],且在干旱年份过度放牧、垦殖、樵采等人类活动会促使西部干旱和半干旱区植被严重退化、NDVI显著降低。然而,气候因子对植被NDVI的影响存在一定的时滞性,且响应时间存在空间差异,从当月到滞后6个旬不等[53]。据统计,高原有超过43%的区域植被受气候时间滞后影响[54],联合考虑气候滞后与累加效应十分重要。此外,极端气候事件也会给植被乃至整个地表环境造成严重后果[55]

2.2 植被物候

物候指植物受环境影响出现以年为周期的自然生长发育节律,是气候变化最敏感的指标之一[53]。1982年以来,高原植被物候整体呈返青期提前、枯黄期推迟、生育期延长的趋势[29,53,56-60],植被返青期提前和生长期延长的区域主要集中在高原东部[61],但2000年后高原植被返青期是否有提前趋势存在较大争议。

1982年到1990年代中期高原植被返青期显著提前,平均每年提前0.31~0.88 d[62-65]。考虑非生长季对物候提取的影响,高原植被返青期在2006年前呈提前趋势,2006年后返青期开始推迟,而1982—2012年植被枯黄期无明显变化[62]。关于2000年后高原植被返青期是否提前?常清等[66]认为,2003—2012年高原高寒草地植被返青期呈提前趋势。宋春桥等[67]发现,2001—2010年藏北高原约60%的草地植被返青期呈提前趋势,枯黄期变化不明显,生育期主要受返青期影响呈延长趋势。SHEN等[15,68]认为,2000—2011年高原东北部气温上升、降水增加引起返青期提前,而西南部降水减少引起返青期推迟,返青期整体无明显变化趋势。孔东东等[69]通过偏最小二乘法回归分析发现,高原植被返青期转折发生在1997—2000年,枯黄期转折发生在2004—2007年,生育期转折发生在2005年左右,转折前每10 a返青期平均提前2~3 d、枯黄期平均延迟1~2 d、生育期平均延长1~2 d;转折之后返青期推迟趋势的显著性水平仅为0.1,而枯黄期、生育期的变化趋势不显著(图4)。整合NDVI的3种长序列数据集(GIMMS、SPOT-VGT和MODIS)发现,结论争议较大的原因是2000年后的GIMMS NDVI数据存在严重的质量问题[70]。可见,遥感数据的时空尺度差异导致高原植被物候分析结果产生偏差,2000—2006年GIMMS NDVI数据质量问题影响了高原长序列物候期监测结果的准确性[61]。近年来,高原植被返青期提前及枯黄期推迟现象有所减缓甚至出现逆转[71-73],2001—2017年植被返青期、枯黄期整体分别以3、1 d·(10 a)-1的速率呈推迟趋势[73]。树木年轮数据结果显示,1960—2014年高原植被返青期和枯黄期每10 a分别提前2.8 d和推迟3.3 d[74],证实了气候变化影响下高原植被返青期提前、枯黄期推迟、生育期延长的事实,但高原植被物候分布和变化趋势在不同海拔和坡向上的差异十分显著,高海拔植被的变化趋势比低海拔更为复杂[75-77]

图4

图4   青藏高原物候指标突变前后趋势及全部年份整体趋势(引自文献[69])

Fig.4   The phenological metrics’ trend before and after turning points and trends of the whole research period inthe Tibetan Plateau (cited from literature [69])


由于植被物候对气候变化的响应并非线性相关,加之地形复杂的高原各地区气候条件与变化程度不同[75-77],气候变化对植被物候的影响机制众说纷纭。SHEN等[68]认为,21世纪初高原西南部植被返青期推迟与印度季风减弱导致的该地区降水量减少密切相关。而YU等[62]则认为,返青期推迟可能是冬季增温减弱了春化作用,进而导致2000年后春季返青期推迟。此外,不同于北半球高纬度大部分地区植被返青期主要受白天温度变化的影响,高原植被返青期与夜间温度的关系更为显著[15];极端天气也会影响植被物候期,霜冻对高原植被返青期和枯黄期的影响程度最大、范围最广,霜冻日数增加有利于高原植被提前结束生长以躲避不利环境的损害[47,78];冬季积雪增多会导致次年春季土壤水分增加,有利于高原植被返青期提前[79-80]

2.3 植被净初级生产力

植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)定义为单位面积及时间内绿色植物通过光合作用积累的有机物数量,是衡量植被群落在自然条件下生产力、陆表生态系统健康状况以及判定碳汇和碳源的核心指标[81-82]。青藏高原植被NPP多年平均约0.21 PgC,占中国总量的10%左右[81]。1982年以来,高原植被NPP变化存在较大的空间差异,显著增加区主要分布在祁连山南部和念青唐古拉山北部高寒草甸区[14,82],而藏北高原、西藏“一江两河”和三江源中西部地区则呈下降趋势[14],但整体呈显著增加趋势[14,83-85],且2000年后增速减缓[13]。研究发现,1990—2013年潜在的NPP整体呈平稳上升趋势,人类活动影响下1993年以前NPP为负值,之后均为正值,即1994年后实际的NPP持续大于潜在的NPP(图5),尤其在2000—2002年[13],表明恢复措施对高原植被的改善已初见成效。

图5

图5   1990—2013年青藏高原植被净初级生产力年际变化(引自文献[13])

Fig.5   Inter-annual variation of vegetation net primary productivity in the Tibetan Plateau from 1990 to 2013 (cited from literature [13])


此外,1980年以来高原不同植被类型NPP增加幅度不同,荒漠增幅最大,其次是草甸、草原、森林和灌丛[86]。2000年以来高原植被NPP整体表现高位波动增加态势,植被NPP重心总体向西南方向移动,表明西南部植被NPP在增量和增速上大于东北部[13,87-89]。单点和典型区域的植被NPP表现出一致态势。1961年以来,三江源区植被NPP整体呈显著上升趋势,气温升高导致该区域植被NPP增加[90],其中五道梁地区植被NPP整体也呈显著上升趋势,这主要是气温升高引起的生育期延长及生物量快速增长所致[91-92]

总体上,气候变化主导着高原大部地区植被NPP的变化[79]。然而,植被生长变化是多因子共同作用的结果,其定量化归因研究仍是难点,关键影响因素一直存在争议,但大部分研究认为气温、降水和干旱的影响较深[93-94]。积温是影响植被生长发育的主要气象因子,是决定高原植被NPP的基础[95]。相对于夏季,春、秋季增温对高原植被生产力的促进作用更强[63]。在降水匮乏的高原干旱半干旱区,植被生产力变化的主导因子是降水,而在降水充沛的高原湿润和半湿润区,主导因子则为气温[96]。极端干旱对植被生长有明显抑制作用,严重影响了植被生理和土壤微生物活性,进而降低植被生产力[97],甚至导致植被死亡[47]

2.4 植被生物量碳库

植被生物量是地表碳循环的重要组成部分和土壤碳库的主要输入源[98-99]。净生态系统生产力(net ecosystem productivity,NEP)表征了陆地生态系统与大气之间的净碳交换,是定量评价陆地生态系统碳源/汇的重要指标[100],广泛应用于碳循环研究中。高原植被生物量的平均碳密度约为223 gC·m-2,碳库约为277 TgC[101]。1982年以来,高原植被生物量碳库呈波动增加趋势,总体表现为碳汇,但存在明显的区域异质性,其中高寒草甸草原增加显著,其他草地类型增幅较小,部分地区有所下降[101-103]

由于高原土壤极大的空间异质性,加之不同估算模型的差异及模型对生态系统呼吸反演参数和土壤碳循环理解不足,目前高原植被生物量碳库的研究仍存在较大不确定性[104-105],且长时间序列变化及响应研究也相对薄弱,多集中于草地[106-107]。研究表明,高原植被碳储量因土壤和植被类型而存在较大的空间异质性[108],碳密度整体呈东南高、西北低的空间格局[108-109];2000年以来,高原植被碳汇功能逐渐增强,平均每年固碳量约-3.20~64.42 TgC,整体呈平稳上升趋势[103]。其中,2001—2015年高原草地碳汇区面积约86.38万km2,约占高原总面积的57.3%,草地NEP整体呈波动增加趋势,增速为0.53 gC·m-2·a-1[图6(a)],但高原东部增加趋势明显,而中部和西南部减少趋势明显[110],草地退化[111]和土地利用格局变化[112]引起了高原植被有机碳释放[图6(b)]。由通量观测站数据构建的草地NEP估算模型也表明,2001—2010年三江源区草地NEP具有较大的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP平均为41.8 gC·m-2,整体呈波动增加趋势,增速为5.4 gC·m-2·a-1[110]。优化后的CLM4.5模型模拟结果显示,1970—2010年高原植被碳储量整体呈下降趋势,2006年出现转折后开始轻微上升,且自西北向东南呈先降后升的分布趋势;预计2020—2050年,除南部阔叶林外,高原植被碳储量整体呈持续上升趋势,增速为4.2 gC·m-2·a-1[105]

图6

图6   青藏高原2001—2015年草地生态系统NEP的变化趋势(a)(引自文献[110])和不同类型植被碳储量(b)(改自文献[112])

Fig.6   The change trend of NEP in grassland ecosystem from 2001 to 2015 (a) (cited from literature [110]) and carbon storage of vegetation with different types (b) (modified from literature [112]) in the Tibetan Plateau


气候变化主要通过温度、降水的变化影响植被生产速率、凋零速率及微生物活性,改变地表凋零物和土壤有机碳的分解速率、土壤呼吸速率,进而影响土壤碳的蓄积过程[113]。然而,不同类型草地生态系统的碳循环过程对温度和降水变化的响应有所差异,高寒草甸的碳循环过程对温度变化的响应更敏感[114],而高寒草原的碳循环过程对降水变化的响应更敏感[115]。相比高寒草原,高寒草甸受干旱胁迫影响较小,升温引起的高寒草甸植被生产力增量更大,进而导致更多植被固定的有机碳输入到土壤中[116-117]。植被生产力的增加是高原主要的碳汇机制[79,118],水热匹配是气候变化过程中植被碳积累过程的关键驱动因素[119]。随着气候变化的影响,高原碳汇总体表现为增加[119],但升温引起土壤有机碳分解速率加快[120],致使高原草地碳储量增加不显著。此外,植物物候对碳积累也有重要影响[121],长期围封不利于高原高寒草甸植被碳储量的积累,尤其不利于地下根系碳储量的固存[122]。尽管目前已有不少有关植被生物量碳库的研究,但气候变化对高原不同植被类型生态系统碳源/汇动态的影响仍不明确[123-124]

2.5 植物多样性

生物多样性给人类提供基本的生活环境和丰富的资源[125-126],而气温和水分的动态平衡则决定着植物多样性分布格局[127-128]。气候变化对生态系统水热条件影响显著,是导致生态系统物种组成和群落结构发生变化的主要原因之一[129-130]。近年来,高原植物多样性发生急剧变化[131]。尽管研究结果不尽相同,但气候变化显著影响了高寒草地植物群落、物种组成和植物多样性的事实毋庸置疑。

受气候变化影响,青藏公路124道班的华扁穗草群落被适应干旱环境的矮嵩草群落替代,而原先的矮嵩草群落则慢慢演变成高山嵩草群落,且在进一步干旱化后形成沙生薹草群落[132]。野外增温模拟试验表明,增温会使高原植物群落物种丰富度快速降低26%~36%[127],尤其是高寒草原,但增温对高寒草甸群落多样性无显著影响[133],如海北高寒草甸植物物种多样性随增温呈先增后减的变化趋势,草甸、灌丛群落的物种数量分别减少7%、30%[134-135];在高原腹地典型的高寒草甸和沼泽草甸区,适度增温导致3个物种的重要值上升、5个物种的重要值下降,而过度增温则使物种趋于单一化[135-136]。然而,长期(10 a)的海拔梯度移栽试验分析发现[137],由于物种滋生的数量大于消失的数量,增温和降温均有利于高寒草甸植物物种丰富度的提高,这种效应取决于伴随气候变化的物种特性和数量。研究认为,气候变化可能导致21世纪全球植物多样性迅速降低[138],但长期来看物种丰富度会通过定居(散播和种子库)和竞争性释放(优势物种转移)的结合而恢复[139-140]。由此可见,气候变化显著改变了高原植被物种组成和群落结构,进一步影响植被群落的重组和更替[140],但未必会导致区域植物多样性的下降[141]。由于增温方法不一且研究时间普遍较短,研究结论还需进一步完善。

气候变化影响着高原植物群落的物种组成和多样性,从而改变了植被群落的结构和功能[4]。然而,气候变化对植物多样性的影响,目前仍是一个不断研究和认识的过程。一方面,气候变化引起一些敏感的生态系统发生变化,导致一些物种在局部地区消失;另一方面,气候变化影响了高纬度和高海拔地区适应寒冷气候的植被,升温使得这些物种“往北走、往上走”。此外,气候变化会引起物种间的关系发生变化,甚至会造成植被遗传多样性的消失[126,142-144]

3 结论与展望

(1)近60 a来,青藏高原气温整体呈显著升高趋势,平均每10 a升高约0.37 ℃,降水量整体呈增加趋势,平均每10 a增加约10.40 mm,东南部表现暖干化趋势,西北部表现暖湿化趋势。

(2)高原植被在整体改善背景下存在局部退化态势,且年际波动明显,改善面积占总面积的67.7%~75.0%,其中显著改善面积约为30.0%,主要分布在中东部,而西部、南部和东北部的部分地区植被呈退化趋势。高原干旱和半干旱区植被NDVI增加面积占比明显大于湿润和半湿润区,但在植被改善大环境下原有退化植被的退化程度进一步加重,气候暖湿化对高原植被覆盖度、NDVI为正面影响,但存在时空差异,湿润区植被NDVI变化主要受气温影响,而干旱半干旱区受降水影响更明显。另外,气候因子对植被NDVI的影响存在一定的时滞性,响应时间从当月到滞后6个旬不等。

(3)高原植被物候总体呈返青期提前、枯黄期推后、生长期延长的趋势,且存在明显的空间异质性,返青期提前的区域主要集中在高原东部。气候变化对植被物候的影响机制较为复杂,除气温和降水外,极端天气和积雪对物候期的影响也不容忽视。

(4)高原植被NPP整体呈显著增加趋势,但也存在较大的空间差异,祁连山南部及念青唐古拉山北部高寒草甸为显著增加区域,而藏北高原、西藏“一江两河”和三江源中西部地区则呈下降趋势,且2000年后高原植被NPP增加速率变缓。不同类型植被NPP的增加幅度不同,荒漠增量最大,其次是草甸、草原、森林和灌丛。气候变化主导了高原大部分地区植被NPP变化,但定量化的关键影响因素一直存在争议。

(5)高原植被生物量碳库呈波动增加趋势,总体表现为碳汇,但也存在明显的空间异质性,高寒草甸草原增加显著,其他草地类型增幅较小,部分地区有所下降。植被生产力增加是高原主要的碳汇机制,但不同类型草地生态系统的碳循环过程对温度和降水的响应有所差异。由于土壤的空间异质性、不同估算模型间的差异及其对生态系统呼吸反演参数和土壤碳循环理解不足,目前高原草地生物量碳库的研究仍存在较大的不确定性,气候变化对高原不同植被类型生态系统碳源/汇动态影响仍不明确。

(6)高原植物多样性随气候变化发生了显著变化,尽管研究结果不尽相同,但气候变化显著影响了高寒草地植物群落物种组成和多样性这一事实毋庸置疑。由于模拟增温方法不同且研究时间普遍较短,研究结论仍需进一步完善。

气候变化是影响高原植被生态系统变化的主控因子,且这种影响存在时空不均衡性,而人类活动增强导致的高原植被退化也不容忽视。针对高原植被退化现象,国家实施了退耕还林、退牧还草、天然林防护等一系列重大工程与生态环境保护措施,已取得了成效。然而,面对持续的气候变化和更加脆弱的生态系统,现有研究对高原植被及其与气候变化的相互作用仍存在一些认知上的不足,亟待去解决。

(1)现有高原植被对气候变化的响应研究依靠的卫星遥感影像尺度单一,无法准确反映地表实际情况,加之高原西部特殊地形、气候和环境条件使得气象站点分布稀少,造成西部藏北高原等地区观测存在许多盲点。此外,遥感反演及模式模拟缺乏观测基础,致使遥感监测和模式模拟结果难以比较。因此,未来应加强高原西部地区数据的组网观测对比及精度验证的遥感理论与技术研究,并强化多时空尺度的研究。

(2)当前气候变化对高原植被的影响研究多集中于气温、降水与植被的相互作用分析,而极端天气、蒸散发、土壤水分等也是影响植被分布及变化的重要因子,但多因子对植被生态系统影响的综合量化分析仍较为欠缺,且对植被关键耦合机制的影响仍然不确定。因此,未来应进一步加强多种气候因子与植被的内在机理研究,并综合量化分析其对高原植被生态系统的影响。

(3)受高原高海拔、复杂地形以及相对落后的基础设施影响,开展野外观测、控制试验与采样调查十分艰难。因此,未来应加强团队合作,逐步建立全域覆盖的长期观测网,共享数据,节约科研资源,减少不必要的重复采样。

(4)高原植被生态系统极为敏感、脆弱,局部退化现象仍未得到有效遏制。因此,高原草地适应性管理刻不容缓,如何平衡牧民生活水平和载畜量、保障技术和资金投入是一个关键问题,未来需要强化部门联动、提升生态保护修复技术、完善管理体系,加大生态保护工程建设力度和补偿政策,整体提升高原应对全球气候变化的能力。

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在全球变化的背景下,青藏高原冰冻圈和大气圈正在发生快速变化,对“亚洲水塔”和“第三极”的生态环境带来深刻影响。研究并梳理了近年来青藏高原气候变化的若干前沿科学问题的研究进展,如高原极端气候事件变化及其与大气环流的关系;高原变暖放大效应及海拔依赖型变暖的物理机制;再分析资料在高原气候变化应用的适用性;气候模式在高原资料稀缺地区的模拟偏差特征及不确定性;以及不同升温阈值下高原气候变化的预估及其风险等。同时展望了高原气候变化研究的前沿问题和科学难点。认清高原气候变化研究的前沿科学问题,可为“一带一路”倡议顺利实施提供科学依据。

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在全球气候变暖进程中,青藏高原气候也发生了一系列的改变。在综述前人研究成果的基础上,从气温、地表温度、地面风速和地表感热通量等方面重点阐述了2000年后青藏高原气候的一些新变化及其可能原因。研究表明:青藏高原气温和地表温度在2000—2010年显著增温,而在2010年后出现增温变缓的趋势;地面风速在2000年前后发生了显著的趋势转变,由2000年之前的显著减小趋势逐渐转变为2010年后的显著增大趋势;2000年后风速和地气温差的变化共同导致地表感热通量的增强和趋势转折,其中,2000—2010年地温增温率快于气温的增温率,这对地气温差的加大和地表感热的增强具有重要贡献,2010年以后地面风速的快速增大是高原感热增强的主要因素。青藏高原风速的变化可能主要与大尺度的环流调整有关,而高原地温的变化则可能主要是高原局地下垫面要素相互作用的结果。该研究为理解青藏高原气候变化的最新进展提供了重要参考。

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Vegetation activity on the Tibetan Plateau grassland has been substantially enhanced as a result of climate change, as revealed by satellite observations of vegetation greenness (i.e., the normalized difference vegetation index, NDVI). However, little is known about the temporal variations in the relationships between NDVI and temperature and precipitation, and understanding this is essential for predicting how future climate change would affect vegetation activity. Using NDVI data and meteorological records from 1982 to 2011, we found that the inter-annual partial correlation coefficient between growing season (May-September) NDVI and temperature (R) in a 15-year moving window for alpine meadow showed little change, likely caused by the increasing R in spring (May-June) and autumn (September) and decreasing R in summer (July-August). Growing season R for alpine steppe increased slightly, mainly due to increasing R in spring and autumn. The partial correlation coefficient between growing season NDVI and precipitation (R) for alpine meadow increased slightly, mainly in spring and summer, and R for alpine steppe increased, mainly in spring. Moreover, R for the growing season was significantly higher in those 15-year windows with more precipitation for alpine steppe. R for the growing season was significantly higher in those 15-year windows with higher temperature, and this tendency was stronger for alpine meadow than for alpine steppe. These results indicate that the impact of warming on vegetation activity of Tibetan Plateau grassland is more positive (or less negative) during periods with more precipitation and that the impact of increasing precipitation is more positive (or less negative) during periods with higher temperature. Such positive effects of the interactions between temperature and precipitation indicate that the projected warmer and wetter future climate will enhance vegetation activity of Tibetan Plateau grassland.

许文鑫, 周玉科, 梁娟珠.

基于变化点的青藏高原植被时空动态变化研究

[J]. 遥感技术与应用, 2019, 34(3): 667-676.

[本文引用: 1]

魏佳珩. 青藏高原植被的时空变化及其对极端气候事件的响应[D]. 北京: 中国地质大学, 2020.

[本文引用: 3]

韩炳宏, 周秉荣, 颜玉倩, .

2000-2018年间青藏高原植被覆盖变化及其与气候因素的关系分析

[J]. 草地学报, 2019, 27(6): 1651-1658.

DOI      [本文引用: 1]

探讨全球气候变化背景下青藏高原地区植被覆盖变化及其驱动因素,对加深全球气候变化的认识和生态环境保护具有重要的生态价值和现实意义。本研究利用2000-2018年中尺度分辨率成像光谱归一化植被指数(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Normalized Difference Vegetation Index,MODIS NDVI)1 km&#183;月<sup>-1</sup>分辨率数据以及气象观测数据,采用最大合成法、趋势性分析以及相关分析方法,探讨了青藏高原地区NDVI的时空变化趋势及其与气温、降水的关系。结果表明,近19a来,青藏高原地区NDVI呈增加趋势。从地理单元来看,低植被覆盖区主要分布于西藏大部、新疆南部和甘南局部以及青海西北部;中植被覆盖区主要位于青海与甘肃、西藏、四川和云南的交汇区域;高植被覆盖区主要分布在四川和云南西北部、青海和甘南以及藏东南局地。除局部地区植被有所退化,大部地区植被生长良好,且植被改善的面积大于植被退化。因此,青藏高原植被整体呈稳定恢复状态。青藏高原地区NDVI与同期气温和降水均显著相关,但与气温的关系更密切。气温每升高1℃,NDVI增加0.128;降水每增加100 mm,NDVI增加0.172。

王万鑫, 范广洲.

基于生态地理分区的青藏高原NDVI变化特征研究

[J]. 成都信息工程大学学报, 2020, 35(3): 306-312.

[本文引用: 1]

杨达, 易桂花, 张廷斌, .

青藏高原植被生长季NDVI时空变化与影响因素

[J]. 应用生态学报, 2021, 32(4): 1361-1372.

DOI      [本文引用: 2]

青藏高原是中国乃至亚洲的生态屏障,研究其植被对气候变化的响应对区域生态保护具有重要的现实意义。基于MOD09A1数据反演的生长季归一化植被指数(NDVI),分析2001—2018年青藏高原植被生长季NDVI时空特征和变化趋势,结合气象站点数据阐释NDVI与气候因子的关系。结果表明: 研究期间,青藏高原植被生长季NDVI呈缓慢上升趋势,不同气候区生长季NDVI年际变化差异明显,NDVI值波动幅度表现为高原湿润气候区>半湿润气候区>半干旱气候区>干旱气候区。青藏高原湿润气候区、半湿润气候区、干旱气候区、半干旱气候区NDVI显著升高和降低面积占比分别为1.4%和1.9%、4.9%和1.5%、16.4%和0.8%、7.0%和2.0%,干旱和半干旱气候区NDVI升高面积占比明显大于湿润和半湿润气候区。气温是影响湿润气候区和半湿润气候区NDVI变化的主导因子,而在干旱气候区,降水对NDVI的影响明显强于其他气候因子。气温对整个青藏高原植被生长季NDVI的驱动作用强于降水和相对湿度。

黄祥麟. 青藏高原生长季植被NDVI对气候变化的响应研究[D]. 成都: 成都理工大学, 2020.

[本文引用: 1]

张镱锂, 李兰晖, 丁明军, .

新世纪以来青藏高原绿度变化及动因

[J]. 自然杂志, 2017, 39(3): 173-178.

DOI      [本文引用: 1]

青藏高原作为中国乃至亚洲生态安全屏障的重要载体,其生态系统变化已成为公众和学者关注的焦点问题之一。基于前人的研究结果,并结合相关数据分析,从气候变化和人类活动视角阐释了2000&mdash;2013年青藏高原植被绿度变化的时空过程及其原因。结果表明:2000&mdash;2013年青藏高原生长季植被覆盖度总体增加3%~5%,或称变绿了,但局部地区植被覆盖度出现下降。约98.34 万 km2的区域植被覆盖度呈现增加趋势,其中显著增加的地区面积为16.85 万 km2,主要分布在高原中东部;约5.73 万 km2的地区覆盖度呈现下降趋势,其中0.18 万 km2的地区显著下降,主要位于西藏中西部。气候暖湿化和生态建设是高原植被绿度增加的主要因素,但局部区域人类活动强度增加和气候暖干化导致的高寒植被退化也不容忽视。

丁明军, 张镱锂, 孙晓敏, .

近10年青藏高原高寒草地物候时空变化特征分析

[J]. 科学通报, 2012, 57(33): 3185-3194.

[本文引用: 3]

刘宁, 彭守璋, 陈云明.

气候因子对青藏高原植被生长的时间效应研究

[J]. 植物生态学报, 2022, 46(1):18-26.

DOI      [本文引用: 1]

植被生长与气候存在着不对称的时间关系, 考虑气候因子对植被生长的时间效应可为准确理解植被与气候关系、预测植被对全球气候变化的动态响应提供重要科学依据。该研究基于MODIS归一化植被指数(NDVI)、气候以及植被类型数据, 通过构建气候与植被NDVI之间的4种时间效应方程, 揭示了气候因子对青藏高原植被生长的时间效应以及影响植被生长的主导因子。在4种时间效应中, 同时考虑气候滞后和累加效应对植被生长的解释度最高(47%), 相比于不考虑时间效应, 其解释度可整体提高4%-18%; 同时考虑气候滞后和累加效应时, 青藏高原有超过43%的区域受时间滞后与累加联合效应的影响, 只受时间累加效应或滞后效应影响的区域面积次之, 而不受时间效应影响的区域面积最小; 青藏高原NDVI与降水的偏相关性整体上高于其与气温的偏相关性, 其中降水占主导地位的区域主要分布在青藏高原东北部和西南部, 面积占比约为40.1%, 而气温占主导地位的区域集中在青藏高原中部和东南部, 面积占比约为29.7%。

SIEGMUND J F, WIEDERMANN M, DONGES J F, et al.

Impact of temperature and precipitation extremes on the flowering dates of four German wildlife shrub species

[J]. Biogeosciences, 2016, 13(19): 5541-5555.

DOI      URL     [本文引用: 1]

CAO M K, WOODWARD F I.

Dynamic responses of terrestrial ecosystem carbon cycling to global climate change

[J]. Nature, 1998, 393(6682): 249-252.

DOI      URL     [本文引用: 1]

张宪洲, 杨永平, 朴世龙, .

青藏高原生态变化

[J]. 科学通报, 2015, 60(32): 3048-3056.

[本文引用: 1]

王军, 张骁, 高岩.

青藏高原植被动态与环境因子相互关系的研究现状与展望

[J]. 地学前缘, 2021, 28(4): 70-82.

DOI      [本文引用: 1]

青藏高原是中国乃至全球对气候变化最敏感的地区之一,是全球平均海拔最高的地理单元,对周边地区起到重要的生态安全屏障作用。近年来,当地植被受到气候变化和人类活动的双重压力。本文基于文献检索分析青藏高原的植被生理、生态特征对气候变化和人为干扰的响应,并利用荟萃分析定量综述植被覆盖度变化对土壤理化性质的影响。在此基础上分析青藏高原植被与环境因子相互关系的研究尺度与方法。结果表明:(1)气温、降水、辐射等自然因素和放牧、农耕、筑路等人为活动均对青藏高原植被的碳交换、水分利用效率、元素含量与分布格局、物候、多样性等指标产生显著影响,植被的变化也同时影响着土壤的水热交换、水文过程和理化性质等;(2)在植被退化过程中,由高覆盖度向中覆盖度转变时对土壤理化性质产生的不利影响强于由中覆盖度转为低覆盖度时,高覆盖度地区的植被保护需要引起更多关注;(3)现有研究更多关注单一要素、单一尺度,未来应关注多要素间的相互耦合,通过合作与共享获取数据,开展多尺度对比和尺度效应研究,系统梳理和分析植被与环境因子的相互关系可为制定科学合理的生态修复策略提供科学依据。

袁巧丽, 杨建.

青藏高原草地植被物候变化及其对气候变化的响应

[J]. 中国草地学报, 2021, 43(9):32-43.

[本文引用: 1]

李维佳. 1982—2017年青藏高原植被物候时空变化趋势研究[D]. 长沙: 中南林业科技大学, 2020.

[本文引用: 1]

陈思宇, 梁天刚.

基于EVI2和多趋势分析法的高原草地植被物候动态监测研究

[J]. 遥感技术与应用, 2019, 34(2): 355-366.

[本文引用: 2]

YU H Y, LUEDELING E, XU J C.

Winter and spring warming result in delayed spring phenology on the Tibetan Plateau

[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010, 107(51): 22 151-22 156.

DOI      URL     [本文引用: 3]

PIAO S L, CUI M D, CHEN A P, et al.

Altitude and temperature dependence of change in the spring vegetation green-up date from 1982 to 2006 in the Qinghai-Xizang Plateau

[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2011, 151: 1599-1608.

DOI      URL     [本文引用: 2]

DING M J, LI L H, ZHANG Y L, et al.

Start of vegetation growing season on the Tibetan Plateau inferred from multiple methods based on GIMMS and SPOT NDVI data

[J]. Journal of Geographical Sciences, 2015, 25(2): 131-148.

DOI      [本文引用: 1]

In this study, we have used four methods to investigate the start of the growing season (SGS) on the Tibetan Plateau (TP) from 1982 to 2012, using Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data obtained from Global Inventory Modeling and Mapping Studies (GIMSS, 1982-2006) and SPOT VEGETATION (SPOT-VGT, 1999-2012). SGS values estimated using the four methods show similar spatial patterns along latitudinal or altitudinal gradients, but with significant variations in the SGS dates. The largest discrepancies are mainly found in the regions with the highest or the lowest vegetation coverage. Between 1982 and 1998, the SGS values derived from the four methods all display an advancing trend, however, according to the more recent SPOT VGT data (1999-2012), there is no continuously advancing trend of SGS on the TP. Analysis of the correlation between the SGS values derived from GIMMS and SPOT between 1999 and 2006 demonstrates consistency in the tendency with regard both to the data sources and to the four analysis methods used. Compared with other methods, the greatest consistency between the in situ data and the SGS values retrieved is obtained with Method 3 (Threshold of NDVI ratio). To avoid error, in a vast region with diverse vegetation types and physical environments, it is critical to know the seasonal change characteristics of the different vegetation types, particularly in areas with sparse grassland or evergreen forest.

TUCKER C J, PINZON J E, BROWN M E, et al.

An extended AVHRR 8-km NDVI dataset compatible with MODIS and SPOT vegetation NDVI data

[J]. International Journal of Remote Sensing, 2005, 26(20): 4485-4498.

DOI      URL     [本文引用: 1]

常清, 王思远, 孙云晓, .

青藏高原典型植被生长季遥感模型提取分析

[J]. 地球信息科学学报, 2014, 16(5): 815-823.

[本文引用: 1]

宋春桥, 游松财, 柯灵红, .

藏北高原植被物候时空动态变化的遥感监测研究

[J]. 植物生态学报, 2011, 35(8): 853-863.

[本文引用: 1]

SHEN M G, ZHANG G X, CONG N, et al.

Increasing altitudinal gradient of spring vegetation phenology during the last decade on the Qinghai-Tibetan Plateau

[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2014, 189-190: 71-80.

[本文引用: 2]

孔冬冬, 张强, 黄文琳, .

1982—2013年青藏高原植被物候变化及气象因素影响

[J]. 地理学报, 2017, 72(1): 39-52.

DOI      [本文引用: 3]

根据NDVI3g数据,本文定义了18种植被物候指标研究植被物候变化情况。根据1:100万植被区划,把青藏高原划分为8个植被区分。对物候变化比较显著的区域,采用最高温度、最低温度、平均温度、降水、太阳辐射数据,运用偏最小二乘法回归(PLS)研究物候变化的气候成因。结果表明:① 青藏高原生长季初期物候指标,转折发生在1997-2000年,转折前初期物候指标平均提前2~3 d/10a;青藏高原末期物候指标转折发生在2004-2007年左右,生长季长度物候指标突变发生在2005年左右,转折前末期物候指标平均延迟1~2 d/10a、生长季长度平均延长1~2 d/10a;转折之后生长季初期物候指标推迟趋势的显著性水平仅为0.1,生长季末期物候指标、生长季长度指标趋势不显著。② 高寒草甸与高寒灌木草甸是青藏高原物候变化最剧烈的植被分区。高寒草甸区生长季长度的延长主要是由生长季初期物候指标提前导致的。高寒灌木草甸区生长季长度的延长主要是由于初期物候指标的提前,以及末期物候指标的推迟共同作用导致的。③ 采用PLS进一步分析气象因素对高寒草甸与高寒灌木草甸物候剧烈变化的影响。表明,温度对物候的影响占主导地位,两植被分区均显示上年秋季、冬初温度对生长季初期物候具有正的影响,该时段温度一方面会导致上年末期物候指标推迟,间接推迟生长季开始时间;另一方面高温不利用冬季休眠。除夏季外,其余月份最小温度对植被物候的影响与平均温度、最高温度的影响类似。降水对植被物候的影响不同月份波动较大,上年秋冬季节降水对初期物候指标具有负的影响,春初降水对初期物候指标具有正的影响。8月份限制植被生长季的主要因素是降水,此时降水与末期物候指标模型系数为正。太阳辐射对植被物候的影响主要在夏季与秋初。PLS方法在物候变化研究中具有较好的效果,本文研究结果将会对植被物候模型改进,提供有力的科学依据。

ZHANG G L, ZHANG Y J, DONG J W, et al.

Green-up dates in the Tibetan Plateau have continuously advanced from 1982 to 2011

[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110(11): 4309-4314.

DOI      PMID      [本文引用: 1]

As the Earth's third pole, the Tibetan Plateau has experienced a pronounced warming in the past decades. Recent studies reported that the start of the vegetation growing season (SOS) in the Plateau showed an advancing trend from 1982 to the late 1990s and a delay from the late 1990s to 2006. However, the findings regarding the SOS delay in the later period have been questioned, and the reasons causing the delay remain unknown. Here we explored the alpine vegetation SOS in the Plateau from 1982 to 2011 by integrating three long-term time-series datasets of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI): Global Inventory Modeling and Mapping Studies (GIMMS, 1982-2006), SPOT VEGETATION (SPOT-VGT, 1998-2011), and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS, 2000-2011). We found GIMMS NDVI in 2001-2006 differed substantially from SPOT-VGT and MODIS NDVIs and may have severe data quality issues in most parts of the western Plateau. By merging GIMMS-based SOSs from 1982 to 2000 with SPOT-VGT-based SOSs from 2001 to 2011 we found the alpine vegetation SOS in the Plateau experienced a continuous advancing trend at a rate of ∼1.04 d·y(-1) from 1982 to 2011, which was consistent with observed warming in springs and winters. The satellite-derived SOSs were proven to be reliable with observed phenology data at 18 sites from 2003 to 2011; however, comparison of their trends was inconclusive due to the limited temporal coverage of the observed data. Longer-term observed data are still needed to validate the phenology trend in the future.

PIAO S L, LIU Q, CHEN A P, et al.

Plant phenology and global climate change: current progresses and challenges

[J]. Global Change Biology, 2019, 25(6): 1922-1940.

DOI      PMID      [本文引用: 1]

Plant phenology, the annually recurring sequence of plant developmental stages, is important for plant functioning and ecosystem services and their biophysical and biogeochemical feedbacks to the climate system. Plant phenology depends on temperature, and the current rapid climate change has revived interest in understanding and modeling the responses of plant phenology to the warming trend and the consequences thereof for ecosystems. Here, we review recent progresses in plant phenology and its interactions with climate change. Focusing on the start (leaf unfolding) and end (leaf coloring) of plant growing seasons, we show that the recent rapid expansion in ground- and remote sensing- based phenology data acquisition has been highly beneficial and has supported major advances in plant phenology research. Studies using multiple data sources and methods generally agree on the trends of advanced leaf unfolding and delayed leaf coloring due to climate change, yet these trends appear to have decelerated or even reversed in recent years. Our understanding of the mechanisms underlying the plant phenology responses to climate warming is still limited. The interactions between multiple drivers complicate the modeling and prediction of plant phenology changes. Furthermore, changes in plant phenology have important implications for ecosystem carbon cycles and ecosystem feedbacks to climate, yet the quantification of such impacts remains challenging. We suggest that future studies should primarily focus on using new observation tools to improve the understanding of tropical plant phenology, on improving process-based phenology modeling, and on the scaling of phenology from species to landscape-level.© 2019 John Wiley & Sons Ltd.

安淳淳. 基于MODIS数据的青藏高原植被物候监测及其对气候变化的响应研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2019.

[本文引用: 1]

黄文洁, 曾桐瑶, 黄晓东.

青藏高原高寒草地植被物候时空变化特征

[J]. 草业科学, 2019, 36(4): 1032-1043.

[本文引用: 2]

YANG B, HE M H, SHISHOV V, et al.

New perspective on spring vegetation phenology and global climate change based on Tibetan Plateau tree-ring data

[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2017, 114(27): 6966-6971.

DOI      PMID      [本文引用: 1]

Phenological responses of vegetation to climate, in particular to the ongoing warming trend, have received much attention. However, divergent results from the analyses of remote sensing data have been obtained for the Tibetan Plateau (TP), the world's largest high-elevation region. This study provides a perspective on vegetation phenology shifts during 1960-2014, gained using an innovative approach based on a well-validated, process-based, tree-ring growth model that is independent of temporal changes in technical properties and image quality of remote sensing products. Twenty composite site chronologies were analyzed, comprising about 3,000 trees from forested areas across the TP. We found that the start of the growing season (SOS) has advanced, on average, by 0.28 d/y over the period 1960-2014. The end of the growing season (EOS) has been delayed, by an estimated 0.33 d/y during 1982-2014. No significant changes in SOS or EOS were observed during 1960-1981. April-June and August-September minimum temperatures are the main climatic drivers for SOS and EOS, respectively. An increase of 1 °C in April-June minimum temperature shifted the dates of xylem phenology by 6 to 7 d, lengthening the period of tree-ring formation. This study extends the chronology of TP phenology farther back in time and reconciles the disparate views on SOS derived from remote sensing data. Scaling up this analysis may improve understanding of climate change effects and related phenological and plant productivity on a global scale.

LIANG Q L, XU X T, MAO K S, et al.

Shifts in plant distributions in response to climate warming in a biodiversity hotspot, the Hengduan Mountains

[J]. Journal of Biogeography, 2018, 45(6): 1334-1344.

DOI      URL     [本文引用: 2]

LI X L, XUE Z P, GAO J.

Environmental influence on vegetation properties of frigid wetlands on the Qinghai-Tibet Plateau, western China

[J]. Wetlands, 2016, 36(5): 807-819.

DOI      URL     [本文引用: 2]

丁明军, 张镱锂, 刘林山, .

青藏高原植物返青期变化及其对气候变化的响应

[J]. 气候变化研究进展, 2011, 5(7): 317-323.

[本文引用: 2]

PAUL L K, RINNE P L, CHRISTIAAN V.

Shoot meristems of deciduous woody perennials: self-organization and morphogenetic transitions

[J]. Current Opinion in Plant Biology, 2014, 17: 86-95.

DOI      PMID      [本文引用: 1]

Shoot apical meristems of deciduous woody perennials share gross structural features with other angiosperms, but are unique in the seasonal regulation of vegetative and floral meristems. Supporting longevity, flowering is postponed to the adult phase, and restricted to some axillary meristems. In cold climates, photoperiodic timing mechanisms and chilling are recruited to schedule end-of-season growth arrest, dormancy cycling and flowering. We review recently uncovered generic meristem properties, perennial meristem fate, and the role of CENL1, FT1 and FT2 in bud formation and flowering. We also highlight novel findings, suggesting that dormancy release is mediated by mobile lipid bodies that deliver enzymes to plasmodesmata to recover symplasmic communication and meristem function. Copyright © 2013 The Authors. Published by Elsevier Ltd.. All rights reserved.

朴世龙, 张新平, 陈安平, .

极端气候事件对陆地生态系统碳循环的影响

[J]. 中国科学:地球科学, 2019, 49(9): 1321-1334.

[本文引用: 3]

WANG X Y, WANG T, GUO H, et al.

Disentangling the mechanisms behind winter snow impact on vegetation activity in northern ecosystems

[J]. Global Change Biology, 2018, 24(4): 1651-1662.

DOI      PMID      [本文引用: 1]

Although seasonal snow is recognized as an important component in the global climate system, the ability of snow to affect plant production remains an important unknown for assessing climate change impacts on vegetation dynamics at high-latitude ecosystems. Here, we compile data on satellite observation of vegetation greenness and spring onset date, satellite-based soil moisture, passive microwave snow water equivalent (SWE) and climate data to show that winter SWE can significantly influence vegetation greenness during the early growing season (the period between spring onset date and peak photosynthesis timing) over nearly one-fifth of the land surface in the region north of 30 degrees, but the magnitude and sign of correlation exhibits large spatial heterogeneity. We then apply an assembled path model to disentangle the two main processes (via changing early growing-season soil moisture, and via changing the growth period) in controlling the impact of winter SWE on vegetation greenness, and suggest that the "moisture" and "growth period" effect, to a larger extent, result in positive and negative snow-productivity associations, respectively. The magnitude and sign of snow-productivity association is then dependent upon the relative dominance of these two processes, with the "moisture" effect and positive association predominating in Central, western North America and Greater Himalaya, and the "growth period" effect and negative association in Central Europe. We also indicate that current state-of-the-art models in general reproduce satellite-based snow-productivity relationship in the region north of 30 degrees, and do a relatively better job of capturing the "moisture" effect than the "growth period" effect. Our results therefore work towards an improved understanding of winter snow impact on vegetation greenness in northern ecosystems, and provide a mechanistic basis for more realistic terrestrial carbon cycle models that consider the impacts of winter snow processes.© 2017 John Wiley & Sons Ltd.

PIAO S L, FANG J Y, HE J S.

Variations in vegetation net primary production in the Qinghai-Xizang Plateau, China, from 1982 to 1999

[J]. Climatic Change, 2006, 74(1): 253-267.

DOI      URL     [本文引用: 2]

尹航. 青藏高原地区积雪与植被NPP变化响应遥感诊断[D]. 北京: 中国科学院大学, 2018.

[本文引用: 2]

ZHANG L, GUO H D, WANG C Z, et al.

The long-term trends (1982-2006) in vegetation greenness of the alpine ecosystem in the Qinghai-Tibetan Plateau

[J]. Environmental Earth Sciences, 2014, 72(6): 1827-1841.

DOI      URL     [本文引用: 1]

黄玫, 季劲钧, 彭莉莉. 青藏高原

1981-2000年植被净初级生产力对气候变化的响应

[J]. 气候与环境研究, 2008, 13(5): 608-616.

[本文引用: 1]

李文华.

青藏高原生态学研究的回顾与展望

[J]. 资源与生态学报:英文版. 2017, 8(1): 1-4.

[本文引用: 1]

孙睿, 朱启疆.

中国陆地植被净第一性生产力及季节变化研究

[J]. 地理学报, 2000, 55(1): 36-45.

DOI      [本文引用: 1]

利用植被指数与植被吸收的光合有效辐射比例之间的线性关系,由1992 年4 月~1993年3 月12 个月的1 km AVHRR NDVI资料及同期地面气象资料确定地表植被吸收的光合有效辐射,然后由光能利用率得到植被净第一性生产力(NPP).为了更准确计算NPP, 本文还考虑了温度及土壤水分条件对光能利用率的影响,最后得到我国陆地植被年NPP分布图,并对中国陆地植被净第一性生产力分布情况的季节变化及不同植被类型的NPP季节变化进行了初步研究。结果表明,我国NPP的分布主要受水分条件的影响,呈从东南到西北递减的趋势,全国年总净第一性生产力约为2.645×109tC.

杨潇, 郭兵, 韩保民, .

青藏高原NPP时空演变格局及其驱动机制分析

[J]. 长江流域资源与环境, 2019, 28(12): 3038-3050.

[本文引用: 1]

陈舒婷, 郭兵, 杨飞, .

2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其对气候变化的响应

[J]. 自然资源学报, 2020, 35(10): 2511-2527.

[本文引用: 1]

许洁, 陈惠玲, 商沙沙, .

2000—2014年青藏高原植被净初级生产力时空变化及对气候变化的响应

[J]. 干旱区地理, 2020, 43(3): 592-601.

[本文引用: 1]

李传华, 韩海燕, 范也平, .

基于Biome-BGC模型的青藏高原五道梁地区NPP变化及情景模拟

[J]. 地理科学, 2019, 39(8): 1330-1339.

DOI      [本文引用: 1]

以“气候变暖”为标志的全球气候变化对青藏高原生态系统产生强烈影响,利用参数本地化的生物地球化学模型(Biome-BGC)对五道梁地区草地生态系统进行模拟,研究了该区域1961~2015年净初级生产力(net primary productivity,NPP)的变化,并进行了情景模拟。结果表明:五道梁地区近55 a草地年均NPP为67.94 g/(m <sup>2</sup>·a),呈显著上升趋势,主要是由生长季延长以及9月份生物量快速增长造成。在该地区,温度是草地NPP的主导因子,降水变化在40%以内对生产力影响不显著;温度和降水交互影响NPP,对单一影响有放大作用,暖湿条件下NPP对气候变化响应更加明显。

周秉荣, 朱生翠, 李红梅.

三江源区植被净初级生产力时空特征及对气候变化的响应

[J]. 干旱气象, 2016, 34(6): 958-965.

DOI      [本文引用: 1]

三江源区是我国乃至亚洲重要的水源地,是高寒生态系统的脆弱区和敏感区。植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是评价生态环境状况的重要指标。利用1961&mdash;2014年三江源区18个气象站的气象观测资料、11个监测点的草地生物量观测资料以及中国地区气候变化预估数据集的全球气候模式加权平均集合数据,通过5种估算植被NPP气候模型的对比验证,筛选出适用性好、精度高的模型构建该区植被NPP估算模型,并进行植被NPP的时空变化特征及对气候变化的响应分析。结果表明:周广胜模型对三江源区的植被NPP模拟结果有效且精度最高,故选用该模型模拟三江源区植被NPP。1961&mdash;2014年,三江源区植被NPP呈从东南向西北逐渐降低的空间分布特征,平均值为59.59 gC&middot;m-2,其中黄河源区植被NPP的年际及空间波动高于长江源区和澜沧江源区;近54 a植被NPP整体呈显著增加趋势,但不同区域变化幅度有所差异。气温是影响三江源区植被NPP增加的主要气象因素;未来90 a三江源区植被NPP仍呈现持续增加态势。

韩海燕. 基于Biome-BGC模型的青藏高原草地NPP估算及情景模拟[D]. 兰州: 西北师范大学, 2019.

[本文引用: 1]

LIU B Y, SUN J, LIU M, et al.

The aridity index governs the variation of vegetation characteristics in alpine grassland, Northern Tibet Plateau

[J]. PeerJ, 2019, 7, e7272. DOI: 10.7717/peerj.7272.

DOI      [本文引用: 1]

LI C Y, PENG F, XUE X, et al.

Productivity and quality of alpine grassland vary with soil water availability under experimental warming

[J]. Frontiers in Plant Science, 2018, 9, 1790. DOI: 10.3389/fpls.2018.01790.

DOI      [本文引用: 1]

宇万太, 于永强.

植物地下生物量研究进展

[J]. 应用生态学报, 2001, 12(6): 927-932.

[本文引用: 1]

在生物量的研究过程中,地下部分生物量十分重要却又多被忽视本文首先比较了当前地下生物量研究中较为常用的4种研究方法:挖土块法、钻土芯法、内生长土芯法和微根区管法.然后总结了地下生物量在空间和时间上变化规律的研究成果.最后又讨论了环境因素诸如水分、温度和开垦、放牧对地下生物量的影响以及地下生物量的周转.

陈卓奇, 邵全琴, 刘纪远, .

基于MODIS的青藏高原植被净初级生产力研究

[J]. 中国科学:地球科学, 2012, 42(3): 402-410.

[本文引用: 1]

SEIDL R, KLONNER G, RAMMER W, et al.

Invasive alien pests threaten the carbon stored in Europe’s forests

[J]. Nature Communications, 2018, 9(1), 1626. DOI:10.1038/s41467-018-04096-w.

DOI      URL     [本文引用: 1]

SCURLOCK J M O, JOHNSON K, OLSON R J.

Estimating net primary productivity from grassland biomass dynamics measurements

[J]. Global Change Biology, 2002, 8: 736-753.

DOI      URL     [本文引用: 1]

王军邦, 黄玫, 林小惠.

青藏高原草地生态系统碳收支研究进展

[J]. 地理科学进展, 2012, 31(1): 123-128.

DOI      [本文引用: 1]

陆地生态系统碳收支仍然是当前全球气候变化研究的重要内容,青藏高原作为全球气候变化的敏感区,使青藏高原草地生态系统在区域碳收支平衡中占有主导地位,但研究方法等不同使得碳收支估算结果存在很大的不确定性。气候变暖在一定程度上提高了高寒草地生态系统的植被初级生产力和生物量,由此补偿了气候变暖导致的土壤有机碳分解释量,使青藏高原草地植被仍然发挥着碳汇的功能。而人类放牧活动对草地生态系统的影响较为复杂。因此,如何区分气候变化和人类活动对生态系统的影响机制,定量评价未来气候变化和人类活动影响下,青藏高原生态系统碳源/汇格局的可能变化,是一个非常重要的研究方向,也是一个极大的挑战。

RAICH J W, SCHLESINGER W H.

The global carbon dioxide flux in soil respiration and its relationship to vegetation and climate

[J]. Tellus B, 1992, 44(2): 81-99.

DOI      URL     [本文引用: 1]

高添, 徐斌, 杨秀春, .

青藏高原草地生态系统生物量碳库研究进展

[J]. 地理科学进展, 2012, 31(12): 1724-1731.

[本文引用: 2]

PIAO S L, FANG J Y, ZHOU L M, et al.

Changes in biomass carbon stocks in China’s grasslands between 1982 and 1999

[J]. Global Biogeochemical Cycles, 2007, 27(2), B2002. DOI:10.1029/2005GB002634.

DOI      [本文引用: 1]

刘凤, 曾永年.

2000—2015年青海高原植被碳源/汇时空格局及变化

[J]. 生态学报, 2021, 41(14): 5792-5803.

[本文引用: 2]

CHEN L T, JING X, FLYNN D F B, et al.

Changes of carbon stocks in alpine grassland soils from 2002 to 2011 on the Tibetan Plateau and their climatic causes

[J]. Geoderma, 2017, 288: 166-174.

DOI      URL     [本文引用: 1]

周越. 基于通用陆面模式的青藏高原土壤有机碳时空变化模拟研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2020.

[本文引用: 2]

ZHU J B, ZHANG F W, LI H Q, et al.

Seasonal and inter-annual variations of CO2 fluxes over 10 years in an alpine wetland on the Qinghai-Tibetan Plateau

[J]. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2020, 125, e2020JG006011. DOI:10.1029/2020JG006011.

DOI      [本文引用: 1]

LI H Q, ZHANG F W, LI Y N, et al.

Seasonal and inter-annual variations in CO2 fluxes over 10 years in an alpine shrubland on the Qinghai-Tibetan Plateau, China

[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2016, 228-229: 95-103.

[本文引用: 1]

李若玮, 叶冲冲, 王毅, .

基于InVEST模型的青藏高原碳储量估算及其驱动力分析

[J]. 草地学报, 2021, 29(增刊1): 43-51.

[本文引用: 2]

王建林, 欧阳华, 王忠红, .

青藏高原高寒草原生态系统植被碳密度分布规律及其与气候因子的关系

[J]. 植物资源与环境学报, 2010, 19(1): 1-7.

[本文引用: 1]

周夏飞, 於方, 曹国志, .

2001—2015年青藏高原草地碳源/汇时空变化及其与气候因子的关系

[J]. 水土保持研究, 2019, 26(1): 76-81.

[本文引用: 4]

马维伟, 李广, 宋捷, .

植被退化对尕海湿地土壤有机碳库及碳库管理指数的影响

[J]. 草地学报, 2019, 27(3): 687-694.

DOI      [本文引用: 1]

以青藏高原东缘尕海湿地不同植被退化程度样地(未退化healthy vegetation(CK)、轻度退化slightly degraded vegetation(SD)、中度退化moderately degraded vegetation(MD)和重度退化heavily degraded vegetation(HD))为研究对象,分析了植被退化对湿地土壤不同层次总碳、活性碳、微生物量碳的影响,并计算了各退化程度的碳库管理指数。结果表明:除HD的活性炭外,土壤总有机碳和活性碳均随土层的增加而减少,0~40 cm平均总有机碳含量为CK > SD > MD > HD,CK显著高于其他退化阶段;土壤活性有机碳含量为CK > MD > SD > HD,植被退化显著降低土壤活性有机碳,尤其0~10 cm,10~20 cm土层的土壤活性碳比CK分别下降了72.31%和53.31%;CK和SD的微生物量碳随土层加深显著降低,HD恰好相反,0~40 cm平均土壤微生物量碳含量为MD > CK > SD > HD,MD显著增加土壤微生物量碳,而HD显著降低土壤微生物量碳;尕海湿地0~40 cm土层的碳库各项指数受表层的影响比较大,植被退化能显著降低表层土壤的总有机碳、稳态碳和碳库指数,而显著增加湿地碳库活度指数。

李文华, 赵新全, 张宪洲, .

青藏高原主要生态系统变化及其碳源/碳汇功能作用

[J]. 自然杂志, 2013, 35(3): 172-178.

[本文引用: 3]

张伟, 张宏, 泽柏.

我国高寒草甸碳循环研究进展

[J]. 山地学报, 2006, 24(增刊1): 266-274.

[本文引用: 1]

CHANG X F, WANG S P, LUO C, et al.

Responses of soil microbial respiration to thermal stress in alpine steppe on the Tibetan Plateau

[J]. European Journal of Soil Science, 2012, 63(3): 325-331.

DOI      URL     [本文引用: 1]

PENG S L, PIAO S L, WANG T, et al.

Temperature sensitivity of soil respiration in different ecosystems in China

[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2009, 41(5): 1008-1014.

DOI      URL     [本文引用: 1]

HOPPING K A, KNAPP A K, DORJI T, et al.

Warming and land use change concurrently erode ecosystem services in Tibet

[J]. Global Change Biology, 2018, 24(11): 5534-5548.

DOI      PMID      [本文引用: 1]

Alpine meadows on the Tibetan Plateau comprise the largest alpine ecosystem in the world and provide critical ecosystem services, including forage production and carbon sequestration, on which people depend from local to global scales. However, the provision of these services may be threatened by climate warming combined with land use policies that are altering if and how pastoralists can continue to graze livestock, the dominant livelihood practice in this region for millennia. We synthesized findings from a climate warming and yak grazing experiment with landscape-level observations in central Tibet to gain insight into the trajectories of change that Tibet's alpine meadows will undergo in response to expected changes in climate and land use. We show that within 5 years, experimental warming drove an alpine community with intact, sedge-dominated turfs into a degraded state. With removal of livestock, consistent with policy intended to reverse degradation, a longer-term shift to a more shrub-dominated community will likely occur. Neither degraded nor shrub meadows produce forage or sequester carbon to the same degree as intact meadows, indicating that climate warming and drying will reduce the ability of Tibet's alpine meadows to provide key ecosystem services, and that livestock reduction policies intended to counteract trajectories of land degradation instead endanger contemporary livelihoods on the Tibetan Plateau.© 2018 John Wiley & Sons Ltd.

DING J Z, CHEN L Y, JI C J, et al.

Decadal soil carbon accumulation across Tibetan permafrost regions

[J]. Nature Geoscience, 2017, 10(6): 420-426.

DOI      [本文引用: 1]

Permafrost soils store large amounts of carbon. Warming can result in carbon release from thawing permafrost, but it can also lead to enhanced primary production, which can increase soil carbon stocks. The balance of these fluxes determines the nature of the permafrost feedback to warming. Here we assessed decadal changes in soil organic carbon stocks in the active layer-the uppermost 30 cm-of permafrost soils across Tibetan alpine regions, based on repeated soil carbon measurements in the early 2000s and 2010s at the same sites. We observed an overall accumulation of soil organic carbon irrespective of vegetation type, with a mean rate of 28.0 g Cm-2 yr(-1) across Tibetan permafrost regions. This soil organic carbon accrual occurred only in the subsurface soil, between depths of 10 and 30 cm, mainly induced by an increase of soil organic carbon concentrations. We conclude that the upper active layer of Tibetan alpine permafrost currently represents a substantial regional soil carbon sink in a warming climate, implying that carbon losses of deeper and older permafrost carbon might be offset by increases in upper-active-layer soil organic carbon stocks, which probably results from enhanced vegetation growth.

PIAO S L, FANG J Y, CIAIS P, et al.

The carbon balance of terrestrial ecosystems in China

[J]. Nature, 2009, 458(7241): 1009-1013.

DOI      URL     [本文引用: 1]

SUN J, ZHOU T C, LIU M.

Water and heat availability are drivers of the aboveground plant carbon accumulation rate in alpine grasslands on the Tibetan Plateau

[J]. Global Ecology and Biogeography, 2020, 29(1): 50-64.

DOI      URL     [本文引用: 2]

PIAO S L, TAN K, NAN H J, et al.

Impacts of climate and CO2 changes on the vegetation growth and carbon balance of Qinghai-Tibetan grasslands over the past five decades

[J]. Global and Planetary Change, 2012, 98-99: 73-80.

[本文引用: 1]

WANG Q J, LI S X, JING Z C, et al.

Response of carbon and nitrogen content in plants and soils to vegetation cover change in alpine Kobresia meadow of the source region of Lantsang, Yellow and Yangtze Rivers

[J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(3): 885-894.

DOI      URL     [本文引用: 1]

宋珊珊, 张建胜, 郑天立, .

围栏封育对青海海北高寒草甸植被碳储量的影响

[J]. 草业科学, 2020, 37(12): 2414-2421.

[本文引用: 1]

CHEN N, ZHANG Y J, ZHU J T, et al.

Multiple-scale negative impacts of warming on ecosystem carbon use efficiency across the Tibetan Plateau grasslands

[J]. Global Ecology and Biogeography, 2021, 30(1/2): 398-413.

DOI      URL     [本文引用: 1]

贺慧丹, 李红琴, 符义稳, .

祁连山南麓高寒灌丛生态系统生长季CO2通量动态年际特征及环境驱动

[J]. 科学通报, 2022, 67(2): 173-183.

[本文引用: 1]

徐振朋, 宛涛, 蔡萍, .

裸果木种群遗传多样性特点及与地理气候因子关联研究

[J]. 草地学报, 2018, 26(1): 70-76.

DOI      [本文引用: 1]

本文利用ISSR标记技术,选取15对引物,对分布于西北荒漠区12个裸果木种群的遗传多样性以及与地理气候因子的相关性进行了分析。结果表明:群体内多态性位点百分率(PPL)为88.81%,种群水平为69.93%;Nei&rsquo;s基因多样性指数(He)变化范围为0.2356~0.2697,Shannom信息指数(I)变化范围为0.3509~0.4057,具较高的遗传多样性水平。基因分化系数(Gst)为0.2790,种群间遗传分化较小,种群内存有丰富的遗传变异。经Mantel检验,种群遗传距离与地理距离有相关性(R<sup>2</sup>=0.2144)。利用NTSYSpc-2.1软件进行UPGMA法聚类,各种群样品间的遗传相似系数在0.81~0.99之间,按照遗传距离远近,裸果木12个种群可分为4大类群。经相关性分析,种群遗传多样性与纬度、海拔存在正相关(P<0.05)与年均温存在负相关(P<0.05)。

何远政, 黄文达, 赵昕, .

气候变化对植物多样性的影响研究综述

[J]. 中国沙漠, 2021, 41(1): 59-66.

[本文引用: 2]

LI, X R, JIA R L, ZHANG Z S, et al.

Hydrological response of biological soil crusts to global warming: a ten-year simulative study

[J]. Global Change Biology, 2018, 24(10): 4960-4971.

DOI      URL     [本文引用: 2]

中国科学院生物多样性委员会. 生物多样性研究的原理与方法[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 1994.

[本文引用: 1]

SALA O E, CHAPIN F S, ARMESTO J J, et al.

Global biodiversity scenarios for the year 2100

[J]. Science, 2000, 287(5459): 1770-1774.

DOI      PMID      [本文引用: 1]

Scenarios of changes in biodiversity for the year 2100 can now be developed based on scenarios of changes in atmospheric carbon dioxide, climate, vegetation, and land use and the known sensitivity of biodiversity to these changes. This study identified a ranking of the importance of drivers of change, a ranking of the biomes with respect to expected changes, and the major sources of uncertainties. For terrestrial ecosystems, land-use change probably will have the largest effect, followed by climate change, nitrogen deposition, biotic exchange, and elevated carbon dioxide concentration. For freshwater ecosystems, biotic exchange is much more important. Mediterranean climate and grassland ecosystems likely will experience the greatest proportional change in biodiversity because of the substantial influence of all drivers of biodiversity change. Northern temperate ecosystems are estimated to experience the least biodiversity change because major land-use change has already occurred. Plausible changes in biodiversity in other biomes depend on interactions among the causes of biodiversity change. These interactions represent one of the largest uncertainties in projections of future biodiversity change.

KOVACH R P, MUHLFELD C C, WADE A A, et al.

Genetic diversity is related to climatic variation and vulnerability in threatened bull trout

[J]. Global Change Biology, 2015, 21(7): 2510-2524.

DOI      PMID      [本文引用: 1]

Understanding how climatic variation influences ecological and evolutionary processes is crucial for informed conservation decision-making. Nevertheless, few studies have measured how climatic variation influences genetic diversity within populations or how genetic diversity is distributed across space relative to future climatic stress. Here, we tested whether patterns of genetic diversity (allelic richness) were related to climatic variation and habitat features in 130 bull trout (Salvelinus confluentus) populations from 24 watersheds (i.e., ~4-7th order river subbasins) across the Columbia River Basin, USA. We then determined whether bull trout genetic diversity was related to climate vulnerability at the watershed scale, which we quantified on the basis of exposure to future climatic conditions (projected scenarios for the 2040s) and existing habitat complexity. We found a strong gradient in genetic diversity in bull trout populations across the Columbia River Basin, where populations located in the most upstream headwater areas had the greatest genetic diversity. After accounting for spatial patterns with linear mixed models, allelic richness in bull trout populations was positively related to habitat patch size and complexity, and negatively related to maximum summer temperature and the frequency of winter flooding. These relationships strongly suggest that climatic variation influences evolutionary processes in this threatened species and that genetic diversity will likely decrease due to future climate change. Vulnerability at a watershed scale was negatively correlated with average genetic diversity (r = -0.77; P < 0.001); watersheds containing populations with lower average genetic diversity generally had the lowest habitat complexity, warmest stream temperatures, and greatest frequency of winter flooding. Together, these findings have important conservation implications for bull trout and other imperiled species. Genetic diversity is already depressed where climatic vulnerability is highest; it will likely erode further in the very places where diversity may be most needed for future persistence.Published 2015. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.

赵新全. 三江源区退化草地生态系统恢复与可持续管理[M]. 北京: 科学出版社, 2011.

[本文引用: 1]

赵新全. 高寒草甸生态系统与全球变化[M]. 北京: 科学出版社, 2009.

[本文引用: 1]

李娜, 王根绪, 杨燕, .

短期增温对青藏高原高寒草甸植物群落结构和生物量的影响

[J]. 生态学报, 2011, 31(4): 895-905.

[本文引用: 1]

周华坤, 周兴民, 赵新全.

模拟增温效应对矮嵩草草甸影响的初步研究

[J]. 植物生态学报, 2000, 24(5): 547-553.

[本文引用: 1]

赵艳艳, 周华坤, 姚步青, .

长期增温对高寒草甸植物群落和土壤养分的影响

[J]. 草地学报, 2015, 23(4): 665-671.

DOI      [本文引用: 2]

采用国际冻原计划模拟增温效应的方法,研究了连续增温16年后高寒草甸和高寒灌丛的植物群落结构、地上地下生物量、物种多样性、土壤养分含量的响应,以期揭示长期增温对植物群落特征和土壤养分的影响。结果表明:与对照相比,长期增温使高寒草甸植物群落高度增加18.4%,盖度降低5%;灌丛群落高度增加42.8%,盖度增加12.9%。草甸群落地上生物量减少23.6%,0~10,10~20,20~30 cm的地下生物量分别减少22.2%,38.6%,52.1%;灌丛群落地上生物量增加15.1%,0~10,10~20,20~30 cm的地下生物量分别增加4.9%,17.5%,3.1%。草甸群落物种数减少7%,灌丛群落的物种数减少30%。长期增温使草甸和灌丛的土壤速效磷和全磷增加,而全钾降低,其他元素含量变化不一致。长期增温改变了高寒草甸和高寒灌丛的群落结构以及土壤养分含量,但对二者的影响不完全相同。

WANG Q, ZHANG Z H, DU R, et al.

Richness of plant communities plays a larger role than climate in determining responses of species richness to climate change

[J]. Journal of Ecology, 2019, 107(4): 1944-1955.

DOI      URL     [本文引用: 1]

LI W J, LI J H, LIU S S, et al.

Magnitude of species diversity effect on aboveground plant biomass increases through successional time of abandoned farmlands on the eastern Tibetan Plateau of China

[J]. Land Degradation & Development, 2017, 28(1): 370-378.

DOI      URL     [本文引用: 1]

TRISOS C H, MEROW C, PIGOT A L.

The projected timing of abrupt ecological disruption from climate change

[J]. Nature, 2020, 580(7804): 496-501.

DOI      URL     [本文引用: 1]

ZHANG C H, WILLIS C G, KLEIN J A, et al.

Recovery of plant species diversity during long-term experimental warming of a species-rich alpine meadow community on the Qinghai-Tibet Plateau

[J]. Biological Conservation, 2017, 213: 218-224.

DOI      URL     [本文引用: 1]

李英年, 薛晓娟, 王建雷, .

典型高寒植物生长繁殖特征对模拟气候变化的短期响应

[J]. 生态学杂志, 2010, 29(4): 624-629.

[本文引用: 2]

ZHOU J J, XIANG J, WANG L Y, et al.

The impacts of groundwater chemistry on wetland vegetation distribution in the northern Qinghai-Tibet Plateau

[J]. Sustainability, 2019, 11(18),5022. DOI: 10.3390/su11185022.

DOI      [本文引用: 1]

环境保护部. 中国生物多样性保护战略与行动计划: 2011—2030年[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2011.

[本文引用: 1]

黎磊, 陈家宽.

气候变化对野生植物的影响及保护对策

[J]. 生物多样性, 2014, 22(5): 549-563.

DOI      [本文引用: 1]

以温室气体浓度持续上升、全球气候变暖为主要特征的全球气候变化对野生植物及生物多样性造成的潜在影响, 已经引起了国际学者的高度关注。本文总结了全球气候变化的现状与未来趋势, 概述了中国野生植物的保护及管理现状, 从不同侧面综述了国内外关于全球气候变暖对野生植物影响的研究进展和动态, 包括气候带北移、两极冰山退缩、高海拔山地变暖、海平面上升、早春温度提前升高、荒漠草原土壤增温、旱涝急转弯等对野生植物造成的影响以及气候变暖对种间关系和敏感植物类群的影响, 并从气候变化背景下全球生态系统敏感度、植物多样性、物种迁移与气候槽(sink areas)、物种适应与灭绝以及物候节律5个方面分析了未来全球变暖影响野生植物的总体趋势。在以后的野生植物保护与管理中, 应确定全球气候变化的植物多样性敏感区, 重点关注对气候变化敏感的植物类群以及气候要素改变植物-动物互作关系中的野生植物, 自然保护区的建设要重点考虑全球气候变化的影响, 通过在全球范围内对野生植物分布和种群变化进行长期、系统的追踪监测, 建立有效的数据库, 发展野生植物迁地保护的保育技术及信息网络, 发展有关野生植物对全球气候变化响应的量化指标及相应的模型。最后提出应将全球气候变化下野生植物保护与管理列入相关基金会的研究重点。

肖海龙, 盛茂银.

陆地森林植被植物细根对全球气候变化的响应研究进展

[J]. 生态科学, 2020, 39(2): 199-206.

[本文引用: 1]

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