植物群落的組成和結構在氣候變暖下發(fā)生了顯著變化，尤其是在高海拔和寒冷地區(qū)。然而，由于植物群落結構變化和生態(tài)系統(tǒng)功能改變之間的聯系非常復雜，氣候變暖引起的植物群落組成和結構變化對高寒生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響及其機制尚不明確。群落加權的植物功能性狀可以為我們全面理解植物群落和碳循環(huán)對氣候變暖的響應提供重要的依據，因為植物功能性狀直接反映了植物的生態(tài)策略，并與生態(tài)系統(tǒng)功能的變化密切相關。

現有研究表明，不同功能性狀的植物物種或功能群對環(huán)境變化的響應有很大的差異。這些差異化的響應可能導致植物群落組成和群落水平性狀，例如群落高度的變化，進而影響生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)在氣候變暖背景下變化的方向或幅度。因此，從植物群落性狀的角度出發(fā)理解生態(tài)系統(tǒng)碳固存響應氣候變暖的過程和機制，有助于準確預測生態(tài)系統(tǒng)的碳收支和平衡。

基于此，研究組通過結合青藏高原人工增溫實驗與1500km樣帶的野外調查，探討了氣候變暖引起的植物群落組成和高度的變化，以及其對高寒地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。結果表明，氣候變暖顯著增加了不同功能型植物的平均高度，同時還增加了植物群落中更高大的植物的比例，改變了群落結構。在這兩種變化的共同作用下，形成了更高的植物群落，增加了群落的光合作用，并最終導致了凈生態(tài)系統(tǒng)生產力（NEP）的增加。此外，群落高度的增加還進一步提高了總生態(tài)系統(tǒng)生產力等碳通量的溫度敏感性，表明在相同的溫度增幅下，較高的植物群落可能吸收更多的二氧化碳，從而進一步增加生態(tài)系統(tǒng)碳固存。

研究結果說明氣候變暖通過增加植物群落高度，促進了高寒生態(tài)系統(tǒng)的碳固存。本研究揭示了植物群落高度作為一種重要的性狀指標，與物種組成共同調控著高海拔生物群落的碳固存及其對氣候變化的響應。因此，準確模擬群落性狀在變暖下的動態(tài)變化對預測氣候變化下生態(tài)系統(tǒng)碳通量變化的方向、幅度和敏感性等至關重要。同時，本研究也為將植物性狀納入地球系統(tǒng)模型以預測未來氣候變化情景下生態(tài)系統(tǒng)碳固存的變化提供了重要依據。

該研究成果近期發(fā)表于Nature Plants，第一作者為博士畢業(yè)生全權，通訊作者為牛書麗研究員，還有來自東北林業(yè)大學、康奈爾大學、魯東大學、西南大學、西南民族大學的合作研究人員。此項研究得到了中國國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、國家博士后基金和第二次青藏高原綜合科學考察研究的共同支持。

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論文信息：

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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.

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論文鏈接：

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

圖1 增溫下植物群落高度和組成的變化

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