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青海省寒区恢复生态学重点实验室合作研究发现青藏高原高寒草地降水利用效率模式与机制

        目前降水量利用效率(PUE),即地表净初级生产力(ANPP)与年平均降水量的比值,是评价水和碳循环对环境变化的差异响应的重要指标。虽然青藏高原高寒草地对气候变化敏感且脆弱,但降水利用效率沿水热梯度的广义模式仍然不存在。因此青海省寒区恢复生态学重点实验室孙建客座研究员与周华坤研究员,联合中科院地理所、中国科学院大学等多家单位的生态学家采用横断面调查的方法,在青藏高原高草地上对群落的地表净初级生产力进行了测量,并利用“变点”分析法进一步探索了降水量利用效率(PUE)沿干燥指数(AI)梯度的变化规律。

        结果表明,青藏高原草地降水利用效率沿水热梯度呈单峰型分布,由干旱向半干旱呈递增趋势,由半干旱向湿润呈递减趋势。同时,干旱地区植被降水利用效率主要受降水和土壤氮对植被地上净初级生产力或降水利用效率的影响,而半干旱地区植被降水利用效率主要受气候(降水和温度)和土壤因子(土壤C)对植被地上净初级生产力和覆盖度的影响。值得注意的是,干燥指数(AI)>55后高寒草地降水利用效率下降的原因仍有待进一步探索。因此,今后的研究应更多地关注青藏高原降水利用效率的模式和控制,这对制定科学的恢复和保护草原生态系统具有重要的战略意义。

        该研究结果于2020年1月以“The patterns and mechanisms of precipitation use efficiency in alpine grasslands on the Tibetan Plateau”为题在线发表在SCI一区期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》。

        论文链接:https://doi.org/10.1016/j.agee.2020.106833

 

图1.研究区。2015年青藏高原采样点信息、气象站空间分布和干燥指数(AI)。

图2. 降水利用效率(PUE)在干旱指数(AI)梯度上的变化点,即PUE的盒须图。不同字母表示PUE模式有显著性差异(Tukey’s test, P<0.05)。

图3. 环境因子对青藏高原降水利用效率(PUE)的影响,包括干燥指数(AI)、年平均降水量(AMP)、年平均温度(AMT)、生长期温度(GST)、年生物温度(ABT)、土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)、土壤全磷(STP)、土壤有效氮(SAN)、土壤有效磷(SAP)、微生物辛普森指数(MS);植被特征分别为净初级生产力(ANPP)、地下生物量(BGB)和植被覆盖度(COV)。

图4.上述净初级生产力(ANPP)与降水利用效率(PUE)、植物覆盖度(COV)和降水利用效率(PUE)之间的关系。图A和图B分别表示低PUE (LPUE)模式下的关系;图C和图D分别代表高PUE (HPUE)模式下的关系。