气候变暖通过改变植物凋落物产量、质量以及分解者组成和活动来影响分解过程,从而调控生态系统的物质循环.在干旱、半干旱区,气候变暖对混合凋落物分解的影响仍不清楚.本研究利用开顶式增温箱和分解袋法,分析毛乌素沙地黑沙蒿和赖草混合凋落物在450 d分解过程中质量损失和养分的动态变化.结果表明:凋落叶对增温的响应存在种间差异,增温促进了赖草凋落叶的质量损失和N、P释放,抑制了黑沙蒿凋落叶的质量损失、P释放,但促进了 N释放.黑沙蒿和赖草凋落叶混合会抑制分解,增温加强了混合分解的拮抗效应,使混合凋落叶总质量损失减少9％,N和P释放量分别减少4.9％和12.6％.增温处理下混合凋落物质量损失和P释放的拮抗效应随时间逐渐加强,分解150 d时N释放从协同变为拮抗效应.黑沙蒿和赖草凋落叶混合分解产生的非加性效应受温度和时间共同调控,未来的混合凋落物分解研究应该考虑温度和时间的交互作用.

以西南横断山区高山草甸优势植物种珠芽拳参(Polygonum viviparum)和银叶委陵菜(Potentilla leuconota)为研究对象,将其物候分为花芽期、开花期、凋谢期和种子成熟期4个阶段,每个阶段又分为开始、峰值和结束3个状态.采用开顶式增温箱进行模拟增温,连续增温4年后,于增温第5年的2016年生长季跟踪调查了模拟增温对珠芽拳参和银叶委陵菜的繁殖物候序列的影响,以探讨高山植物群落对气候变化的响应过程.结果显示,模拟增温后:1)珠芽拳参各物候阶段的持续时间缩短;除凋谢阶段起始、结束期延迟外,其他状态均有不同程度的提前;各阶段的过渡期有不同程度的缩短,繁殖周期缩短;2)银叶委陵菜各物候阶段的持续时间延长;凋谢期结束前各状态(除开花峰值外)表现为不同程度的提前;各阶段过渡期对增温的响应不一致,繁殖周期延长.结果表明:完整的繁殖物候序列能更准确地反映植物物候对气候变暖的响应;植物对环 境变化的响应和应对策略存在种间差异,这种差异可能会进一步改变植物群落组成和结构.

青藏高原气候严酷,陆地表层生态系统脆弱,其高寒植物群落特征及生态系统生产力对气候变化的响应极其敏感.利用开顶箱(OTCs,Open Top Chambers)式装置在藏北高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸设置不同增温梯度实验(W1、W2、W3、W4),探究增温对高寒草甸植物群落特征及地上生产力的影响.研究结果表明:1)与对照样地相比,增温减少了植物群落总盖度(2015年,W1、W2、W3、W4分别显著减少了28％、23％、59％、60％;2016年,W4显著减少了83％)和高山嵩草盖度(2015年,W1、W2、W3、W4分别显著减少了26％、33％、681％、64％;2016年,W4显著减少了85％),而低幅度增温(W1、W2)对委陵菜属植物盖度无显著影响,高幅度增温(W3、W4)显著减少了委陵菜属植物盖度(2015年,W3、W4分别显著减少了58％和60％;2016年,W4显著减少了71％);2)对整个植物群落而言,增温幅度较低时,增温对群落的生长和生物量的积累有促进作用,当温度升高超过一定程度,这种促进作用会逐渐减弱甚至变成抑制作用(2015年,W4显著减少了地上生物量69％;2016年,W4显著减少了地上生物量82％);3)高山嵩草盖度和其他物种总盖度存在显著的年际差异,而委陵菜属植物盖度无明显的年际变化.研究结果预示着,一定程度的升温会促进高寒草甸植物群落的生长,但温度升高超过一定幅度时,会导致草地生产力下降,草地退化加剧,同时当地群落中委陵菜属植物在全球变化背景下相对稳定,这类物种在未来气候变暖的背景下可能具有更强的竞争力.

为了探讨全球变暖对杉木幼苗地上物候和生长的影响,在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点开展大气温度控制(ambient,open-top chamber)和土壤温度控制(ambient,ambient+4℃)双因子试验,设置对照、单独大气增温、单独土壤增温、大气和土壤同时增温4种处理,大气增温采用开顶箱被动式增温,土壤增温采用电缆增温.建立48个单株水平的根箱,每个根箱内种植l棵1年生2代半短侧枝杉木幼苗,于2016年开始对杉木幼苗地上物候和生长动态进行为期1年的研究.结果 表明:(1)大气温度控制对杉木幼苗物候和生长具有显著影响;与无大气增温相比,大气增温使杉木幼苗顶芽膨胀、顶芽展开和顶芽新稍生长时间显著提前,树高生长季长度显著延长,杉木幼苗树高生长得到显著促进.(2)土壤温度控制对杉木幼苗的物候和生长均没有显著影响.(3)大气温度控制和土壤温度控制的交互作用对杉木幼苗生长具有显著影响,大气和土壤同时增温处理的杉木幼苗树高和侧枝生长显著大于单独大气增温处理.表明全球气候变暖可能对杉木生产力具有一定的促进作用.

草地是陆地生态系统的重要组成部分,研究草地系统土壤呼吸速率对全球气候变暖的响应,对预测全球碳循环具有重要作用.采用高度分别为0.5 m(T1)和1.85 mm(T2)的开顶式增温箱(OTCs)对羊草生态系统进行模拟增温,仔细观察羊草的生育期,在每个生育期的同一天的晨间t1时段(9:00-11:00)、午间t2时段(13:30-15:30)和晚间t3时段(17:00-19:00)监测土壤呼吸速率.分析不同增温幅度下土壤呼吸速率的变化规律,明确影响土壤碳排放的主要因素,探讨土壤呼吸速率与影响因素间存在的关系.结果 显示:1)相对于空白对照C,模拟增温T1和T2导致0-10 cm土壤温度分别显著提高1.18和2.37℃;导致0-10 cm土壤湿度降低2.27％和4.57％;2)在羊草生长阶段,土壤呼吸速率呈现明显的季节性变化特征,同一天的t1时段、t2时段和t3时段土壤呼吸速率峰值分别出现在结实期、抽穗期和开花期.非生长阶段土壤呼吸速率无显著差异;3)不同处理下土壤呼吸速率与近地表气温、010 cm土壤温度和地下生物量呈指数正相关关系,与0-10 cm的土壤湿度呈显著二次项负相关关系,与地上生物量表现为二次项正相关关系.研究结果明确了羊草生态系统中土壤碳排放对增温的响应,可为草原生态系统应对气候变化及可持续发展提供理论依据.

为揭示不同增温方式对杉木幼树细根生物量和叶片性状的影响,设置土壤增温(电缆增温4℃,不增温)×大气增温(开顶箱被动式增温,不增温)双因子实验,对杉木幼树细根生物量和叶片性状进行研究.结果表明:大气增温、土壤和大气同时增温使杉木细根总生物量显著减少,土壤增温后细根总生物量无显著变化;大气增温、土壤增温、土壤和大气同时增温显著降低了 0～10 cm 土层细根生物量,大气增温、土壤和大气同时增温显著降低了 10～20 cm 土层细根生物量;而各处理20～40 cm 土层细根生物量与对照无显著差异;大气增温、土壤增温显著减少1年生叶片组织密度及比叶质量;土壤增温、土壤和大气同时增温显著减少2年生叶片面积,显著增加了叶组织密度及比叶质量;大气增温显著减少了 2年生叶片面积;未来气候变暖下杉木幼树可能会通过改变细根生物量的土层分布以及不同年龄叶片的性状来适应增加的温度.因此,为更真实、准确揭示增温对植物的影响,应考虑不同增温方式对植物性状的影响,尤其是应加强地上和地下同时增温的控制实验.

根系是植物吸收土壤水分和养分的重要器官,驱动着多个生态系统过程,该研究揭示了实验增温对根系生物量的影响及机制,可为气候变暖背景下土壤碳动态和生态系统过程的变化提供理论依据.该研究从已发表的151篇国内外研究论文中收集到611组数据,通过整合分析(meta-analysis)方法研究了实验增温对根系生物量(根系总生物量、粗根生物量、细根生物量、根冠比)的影响,并探讨了增温幅度、增温年限、增温方式的影响,以及根系生物量对增温的响应与本底环境条件(生态系统类型、年平均气温、年降水量、干旱指数)的关系.结果 表明:(1)模拟增温使细根生物量显著增加8.87％,而对根系总生物量、粗根生物量、根冠比没有显著影响;(2)中等强度增温(1-2℃)使得细根生物量和根冠比分别提高14.57％和23.63％;中短期增温实验(＜5年)对细根生物量具有促进影响,而长期增温实验(≥5年)使细根生物量有降低的趋势;开顶箱增温和红外辐射增温分别使细根生物量显著提高了17.50％和12.16％,而电缆加热增温使细根生物量和粗根生物量显著降低了23.44％和43.23％;(3)不同生态系统类型对于增温响应不一致,模拟增温使苔原生态系统细根生物量显著提高了21.03％,细根生物量对增温的响应与本底年平均气温、年降水量、干旱指数均呈显著负相关关系.