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牛书丽课题组在Nature Plants发布关于植物高度与碳固存对气候变暖响应的研究进展

植物群落的组成和结构在气候变暖下发生了显著变化,尤其是在高海拔和寒冷地区。然而,由于植物群落结构变化和生态系统功能改变之间的联系非常复杂,气候变暖引起的植物群落组成和结构变化对高寒生态系统碳循环的影响及其机制尚不明确。群落加权的植物功能性状可以为我们全面理解植物群落和碳循环对气候变暖的响应提供重要的依据,因为植物功能性状直接反映了植物的生态策略,并与生态系统功能的变化密切相关。

现有研究表明,不同功能性状的植物物种或功能群对环境变化的响应有很大的差异。这些差异化的响应可能导致植物群落组成和群落水平性状,例如群落高度的变化,进而影响生态系统碳循环在气候变暖背景下变化的方向或幅度。因此,从植物群落性状的角度出发理解生态系统碳固存响应气候变暖的过程和机制,有助于准确预测生态系统的碳收支和平衡。

基于此,研究组通过结合青藏高原人工增温实验与1500km样带的野外调查,探讨了气候变暖引起的植物群落组成和高度的变化,以及其对高寒地区生态系统碳循环的影响。结果表明,气候变暖显著增加了不同功能型植物的平均高度,同时还增加了植物群落中更高大的植物的比例,改变了群落结构。在这两种变化的共同作用下,形成了更高的植物群落,增加了群落的光合作用,并最终导致了净生态系统生产力(NEP)的增加。此外,群落高度的增加还进一步提高了总生态系统生产力等碳通量的温度敏感性,表明在相同的温度增幅下,较高的植物群落可能吸收更多的二氧化碳,从而进一步增加生态系统碳固存。

研究结果说明气候变暖通过增加植物群落高度,促进了高寒生态系统的碳固存。本研究揭示了植物群落高度作为一种重要的性状指标,与物种组成共同调控着高海拔生物群落的碳固存及其对气候变化的响应。因此,准确模拟群落性状在变暖下的动态变化对预测气候变化下生态系统碳通量变化的方向、幅度和敏感性等至关重要。同时,本研究也为将植物性状纳入地球系统模型以预测未来气候变化情景下生态系统碳固存的变化提供了重要依据。

该研究成果近期发表于Nature Plants,第一作者为博士毕业生全权,通讯作者为牛书丽研究员,还有来自东北林业大学、康奈尔大学、鲁东大学、西南大学、西南民族大学的合作研究人员。此项研究得到了中国国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家博士后基金和第二次青藏高原综合科学考察研究的共同支持。

论文信息:

Quan,Q.,He,N.,Zhang,R.,Wang,J.,Luo,Y.,Ma,F.,Pan,J.,Wang,R.,Liu,C.,Zhang,J.,Wang,Y.,Song,B.,Li,Z.,Zhou,Q.,Yu,G.,Niu,S. (2024). Plant height as an indicator for alpine carbon sequestration and ecosystem response to warming. Nature Plants.

论文链接:

https://doi.org/10.1038/s41477-024-01705-z


图1 增温下植物群落高度和组成的变化

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