近50年来，青藏高原经历着两倍于全球平均的升温过程，同时降水格局也发生了显著的变化。剧烈的气候变化将如何影响高寒草地生态系统的结构和功能？其内在机制是什么？这些问题直接关系着高原5000万只藏系绵羊、1400万头牦牛以及大量野生有蹄类动物的生存与生长，与700万当地牧民的生产与生活紧密联系，一直为国内外研究者们所关注。为解答这些科学问题，科研人员需要克服高原恶劣的气候条件，进行严格的野外气候变化控制实验，因此工作难度极大。

北京大学城市与环境学院贺金生教授课题组与中国科学院西北高原生物研究所等单位合作，于2011年在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站（简称“海北站”），建立了大型的“增温-降水改变”控制实验（图1）。通过野外实验，结合海北站连续32年的地面监测、以及青藏高原9个站点实验研究的整合分析，探讨了气候变化对高寒草地植物群落结构和生产力的影响。论文 “Shifting plant species composition in response to climate change stabilizes grassland primary production” 作为方精云院士组织的“Climate change, policy, and carbon sequestration in China”专题系列论文之一，于2018年4月17日发表在《美国国家科学院院刊》上（http://www.pnas.org/content/115/16/4051）。

研究发现，尽管过去32年以来海北站气候呈现暖干化的趋势，但草地生产力无显著趋势性变化。但是，32年间草地物种组成却发生了明显改变，即深根系的禾草增加、浅根系的莎草减少。这种功能群组成的变化增强了植物群落对深层土壤水分的获取能力，有利于气候变化下生态系统初级生产力的稳定。气候变化控制实验进一步证明，增温和干旱处理有利于光合产物向地下分配，但对总初级生产力无显著影响。整合分析证实了气候变暖条件下物种组成这种改变在整个高原普遍存在。这些结果表明，高寒草地植物多样性在气候变化下生产力维持过程中起着关键作用。更重要的是，发现高寒草地生态系统并没有从气候变暖过程中受益，这和以前的认识完全不同。

城市与环境学院博士生刘慧颖为论文第一作者，贺金生为论文通讯作者。该研究得到了科技部 “全球变化研究国家重大科学研究计划” 、中国科学院先导专项、国家自然科学基金重点、面上等项目的资助。

贺金生课题组长期从事高寒生态系统对全球变化的响应与适应、高寒湿地温室气体排放及其对全球变化的反馈、以及高寒草地碳氮循环等方面的研究。课题组近五年对高寒生态系统的研究成果还发表在Nature Communications (2015, 6: 8159; 2017, 8: 15378), Global Change Biology (2017, 23: 815-829)等期刊上。

 

 

 

 

 

图1. 青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站的长期监测样地以及大型 “增温-降水” 实验平台

 

 

 

图2. 高寒草地生态系统过程对气候变暖的响应及其对气候变化的潜在反馈。红色箭头(+）、蓝色箭头(-) 和红色箭头(?) 分别表示增加、减少和不确定