賀金生課題組揭示植物多樣性在高寒草地生產力維持過程中起關鍵作用

作者簡介：北京生態學學會副理事長，北京大學城市與環境學院教授，國家傑出青年基金獲得者，科技部全球變化國家重大科學計劃(973)首席科學家。本科畢業於蘭州大學；在中國科學院獲得博士學位，在哈佛大學從事博士後研究。2009-2012年入選中國科學院 「百人計劃」。從2018年1月起任蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室主任。

主要從事草地生態系統碳循環、生物多樣性、化學計量生態學等方面的教學和科研工作。系統研究了中國草地優勢植物功能屬性特徵，發現青藏高原極端環境下植物生態功能屬性之間的趨同演化關係；研究發現草地地下生物多樣性和地上生物多樣性一樣，對生態系統多功能性有重要作用；基於全球變化的控制實驗，發現溫暖化會降低高寒草地的生產力穩定性，而群落物種組成的改變在草地生產力維持過程中起到關鍵的作用。先後在PNAS、Nature Communications、Ecology、New Phytologist等國際主流刊物發表SCI論文110篇。

近50年來，青藏高原經歷著兩倍於全球平均的升溫過程，同時降水格局也發生了顯著的變化。劇烈的氣候變化將如何影響高寒草地生態系統的結構和功能？其內在機制是什麼？這些問題直接關係著高原5000萬隻藏系綿羊、1400萬頭氂牛以及大量野生有蹄類動物的生存與生長，與700萬當地牧民的生產與生活緊密聯繫，一直為國內外研究者們所關注。為解答這些科學問題，科研人員需要克服高原惡劣的氣候條件，進行嚴格的野外氣候變化控制實驗，因此工作難度極大。

北京大學城市與環境學院賀金生教授課題組與中國科學院西北高原生物研究所等單位合作，於2011年在青海海北高寒草地生態系統國家野外科學觀測研究站（簡稱「海北站」），建立了大型的「增溫-降水改變」控制實驗（圖1）。通過野外實驗，結合海北站連續32年的地面監測、以及青藏高原9個站點實驗研究的整合分析，探討了氣候變化對高寒草地植物群落結構和生產力的影響。論文 「Shifting plant species composition in response to climate change stabilizes grassland primary production」 作為方精雲院士組織的「Climate change, policy, and carbon sequestration in China」專題系列論文之一，於2018年4月17日發表在《美國國家科學院院刊》上，網址如下：

http://www.pnas.org/content/115/16/4051

研究發現，儘管過去32年以來海北站氣候呈現暖干化的趨勢，但草地生產力無顯著趨勢性變化。但是，32年間草地物種組成卻發生了明顯改變，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了植物群落對深層土壤水分的獲取能力，有利於氣候變化下生態系統初級生產力的穩定。氣候變化控制實驗進一步證明，增溫和乾旱處理有利於光合產物向地下分配，但對總初級生產力無顯著影響。整合分析證實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。這些結果表明，高寒草地植物多樣性在氣候變化下生產力維持過程中起著關鍵作用。更重要的是，發現高寒草地生態系統並沒有從氣候變暖過程中受益，這和以前的認識完全不同。

城市與環境學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研究計劃」 、中國科學院先導專項、國家自然科學基金重點、面上等項目的資助。

賀金生課題組長期從事高寒生態系統對全球變化的響應與適應、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等方面的研究。課題組近五年對高寒生態系統的研究成果還發表在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系統國家野外科學觀測研究站的長期監測樣地以及大型 「增溫-降水」 實驗平台

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

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