植被物候是生态系统响应气候变化的敏感指标。在全球气候变化背景下，植被物候变化会影响生态系统碳循环及水热平衡过程。作为世界上海拔最高的高原，寒冷干旱的青藏高原植被物候是受温度还是水分主导仍然存在争议。青藏高原有大面积的沼泽湿地分布，沼泽相对充裕的水分条件为进一步揭示这一问题提供了理想的条件。明确青藏高原沼泽植被物候时空变化及对气候变化响应机制，能为预测区域碳循环、揭示植被与气候变化关系提供科学依据。
基于MODIS归一化植被指数数据集和观测气象数据集，中国科学院东北地理所湿地生态系统管理学科组利用多项式拟合-最大斜率阈值方法提取了植被物候期，并利用趋势分析及偏相关分析等方法分析了2001-2020年青藏高原沼泽植被秋季物候时空变化及其对气候变化的响应。研究结果表明，青藏高原沼泽植被秋季物候(生长季结束期)在过去20年总体呈显著推迟趋势(约每十年推迟4.1天)。对整个青藏高原平均而言，气温的升高会导致沼泽植被秋季物候延迟(夜晚增温的推迟作用大于白天增温)，而降水变化对秋季物候影响并不显著。有趣的是，沼泽植被秋季物候对气候变化的响应存在明显的空间差异，水分条件对青藏高原沼泽植被秋季物候具有重要的调节作用。随着土壤湿度的降低，降水增加对沼泽秋季物候推迟作用逐渐增强，而白天气温升高对秋季物候推迟作用逐渐减弱，甚至会导致秋季物候期提前。研究表明青藏高原植被物候受水分条件的限制，即使在沼泽湿地生态系统，植物可利用水分仍可能存在不足。在全球昼夜不对称增温(夜晚升温快于白天)的背景下，本文揭示出白天和夜晚温度对沼泽植被秋季物候具有不对称(不同)的影响，并强调在全球寒冷和干旱地区，利用陆地生态系统模型预测植被物候时，还需着重考虑水分的调节作用。研究结果为进一步明确植被与气候变化关系及高寒生态系统适应性管理提供了科学依据。
研究成果于近期发表于Global Change Biology，中国科学院东北地理所神祥金副研究员为第一作者，姜明研究员为通讯作者。北京师范大学沈妙根教授、中国科学院地理资源所吴朝阳研究员、巴塞罗那自治大学Josep Peñuelas教授、法国气候与环境科学实验室Philippe Ciais院士、中国科学院东北地理所张佳琦博士、班戈大学Chris Freeman教授、爱丁堡大学Paul I. Palmer教授、东北林业大学刘滨辉教授、密尔斯学院Mark Henderson教授、天津大学宋照亮教授、孙少波副教授、中国科学院东北地理所吕宪国研究员为共同作者。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、吉林省自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划从0到1原始创新项目等的资助。
图1 青藏高原沼泽湿地植被秋季物候时空变化
图2 青藏高原沼泽湿地植被秋季物候与气象因子的相关性
论文信息如下：
Shen Xiangjin, Shen Miaogen, Wu Chaoyang, Josep Peñuelas, Philippe Ciais, Zhang Jiaqi, Chris Freeman, Paul I. Palmer, Liu Binhui, Mark Henderson, Song Zhaoliang, Sun Shaobo, Lu Xianguo, Jiang Ming*. Critical role of water conditions in the responses of autumn phenology of marsh wetlands to climate change on the Tibetan Plateau. Global Change Biology, 2023. 30. e17097. https://doi.org/10.1111/gcb.17097
