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SR:雨季始期驱动高寒干旱半干旱区植被返青期

  
  确定春季触发植物生长的环境因子,对于理解物种和生态系统如何响应气候变化至关重要。植物展叶期对温度变化非常敏感,一般认为春季植被返青期会随着气候变暖持续提前。然而,青藏高原干旱半干旱区的植被春季物候对气候变化响应具有复杂性,其主要驱动因子是温度还是降水仍存有争议,使得深入理解高原物种和生态系统对气候变化的响应机制受限。
  在西风与季风的交互影响下,生长季早期既寒冷又干旱。植物具备感应季风雨来临的物候特性,有助于其在生长季早期同时避免干旱和霜冻危害。本研究假设,青藏高原干旱半干旱区植被返青期时空变化的主要驱动因子是雨季开始时间而不是温度。为验证这一假设,宝马bm555线路青藏高原研究所高寒生态重点实验室、青藏高原地球科学卓越创新中心罗天祥研究员等,分别利用日平均气温及降水量和MODIS-NDVI遥感数据计算了青藏高原67个气象站附近目标区域2001-2013年雨季始期和植被返青期,基于西藏当雄样地不同海拔梯度(4400–5200m)高寒草甸优势种返青期的7年观测数据,验证了基于卫星数据提取的植被返青期。结果显示:1. 尽管春季返青前1个月的气温已经持续高于0°C,植被返青期与雨季始期同步或略晚(图1);2. 雨季始期和返青期的年际变化趋势均表现为提前或没有显著变化,且具有相似的地理分异规律(图2);3. 汇总不同地点和年份数据,基于线性混合模型的分析结果,证明了雨季始期及其与返青前降水和温度的交互作用是解释植被返青期时空变化的主要因子,而返青前温度及其与降水的交互作用对植被返青期没有显著影响。
  研究结果表明,在雨热同期的季风气候影响下,高寒干旱半干旱区植被返青期与雨季始期同步是一种普遍的春季物候适应策略,这一发现可为探测季风影响范围及理解高原植被演变规律提供重要的科学依据。
  本研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0106)和国家自然科学基金项目(41830649, 41571046)资助。研究成果以“Rainy season onset mainly drives the spatiotemporal variability of spring vegetation green?up across alpine dry ecosystems on the Tibetan Plateau”为题在线发表于Scientific Reports。我所毕业硕士研究生李翔为第一作者,罗天祥研究员为通讯作者。
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  图1 2001-2013年青藏高原67个站点植被返青期与雨季始期的关系
  (a)2001-2013年67个站点植被返青期与雨季始期相关系数的空间变异;不同大小的圆圈表示相关系数的显著性水平(*, P < 0.05; #, P < 0.10; ns, 不显著);左上插图显示67个站点返青期前30天平均气温的频率分布。(b-e)不同植被类型返青期与雨季始期的相关性:(b)所有地点;(c)高寒干旱灌丛;(d)高寒草甸;(e)高寒草原;***P < 0.001。 

   

图2 青藏高原67个站点植被返青期与雨季始期的年际变化趋势
  (a)基于遥感数据提取的2001-2013年植被返青期变化的空间格局。(b-c)2001-2013年和1974-2013雨季始期变化的空间格局。(d-f)不同植被类型平均返青期和雨季始期的变化趋势线:(d)高寒干旱灌丛;(e)高寒草甸;(f)高寒草原。(a-c)图例说明:R是线性趋势的统计值;不同大小的圆圈表示相关系数的显著性水平(*, P < 0.05; #, P < 0.10; ns, 不显著);蓝色圆圈表示植被返青期和雨季始期的提前趋势;红色圆圈表示植被返青期和雨季始期的推迟趋势。(d-f)图例说明:显著的趋势线:*P < 0.05, ***P < 0.001;植被返青期和雨季始期趋势线的斜率(每10年提前的天数):高寒灌丛为2.9 (P < 0.001)和0.7 (不显著),高寒草甸为5.7 (P < 0.001)和4.3 (P < 0.05),高寒草原为4.5 (P < 0.001)和7.8 (P < 0.05)。
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