近日， Science Bulletin在线发表了中国科学院大学王艳芬教授领导的研究团队在区域尺度厘清青藏高原草地基于群系的植物群落结构特征与历史变化的成果。该研究发现近40年来植被结构变化深刻反映了青藏高原变暖变湿的环境变化。
青藏高原草地植被结构对生态系统的生产与生态功能至关重要。然而，由于方法学局限，植被结构的大尺度信息严重匮乏，限制了我们理解草地变化的生产与生态意义及其驱动机制。
中国科学院大学王艳芬教授领导的研究团队结合多源遥感数据、实地调查，通过深度学习完成了1：50万青藏高原草地植被图，首次在区域尺度厘清了青藏高原草地基于群系的植物群落结构空间特征；通过与之前出版的《中国植被图》进行比较，反映了40年来的历史变化。该研究发现青藏高原近40年来植被结构变化能深刻反映环境变迁。
近40年，青藏高原高寒草甸在高寒草地中的占比从50%增加到69%（图1），反映了变暖和变湿的趋势。
图1 青藏高原高寒草甸和高寒草原。
（a）1979~1990年高寒草甸和高寒草原的分布;
（b）2010~2018年高寒草甸和高寒草原的分布;
（c）高寒草甸的分布比例;
（d）高寒草原的分布比例
此外，草地变化的驱动机制因群系而异。具体而言，在青藏高原高寒草甸和高寒草原中，高山嵩草草甸和紫花针茅草原的优势度分别增强到76%和92%（图2）。
图2 高寒草原和高寒草甸的主要群系。
（a）1979~1990年前5大主要群系的分布;
（b）2010~2018年前5大主要群系的分布;
（c）高山嵩草草甸的分布比例;
（d）紫花针茅草原的分布比例
其中，气候因子主要驱动了紫花针茅草原的分布；高山嵩草草甸的分布则并非完全由气候驱动，人类活动可能起重要作用。因此，气候要素主要驱动了近40年来高寒草甸占比的大幅提高和群系水平上紫花针茅草原在高寒草原中优势度的提高；然而，高山嵩草草甸在高寒草甸中优势度的上升则可能由放牧等人类活动主导。植物群落结构变化为我们理解草地变化的驱动力及其空间异质性提供了全新视角。这些发现意味着青藏高原高寒草地变化及驱动机制的异质性很可能源自不同群系对气候变化、人类活动的响应与适应分异。
基于云计算平台的优势，该研究引入了时间序列数据，挖掘出各参数在植物生长过程中的变化特征，对于区分植物群系类型尤为有效，包括“同谱异物”的不同草地类型。此外，本研究所采用的方法也注重时效性和可扩展性，能快速实现植被图的更新。目前，已开放网站用于众源采集(https://imap.ucas.ac.cn)，能随着地面样本的增加不断地迭代优化模型。
该研究结合多源遥感数据、实地调查和深度学习的方法，构建了植物群落与气候等生境特征关系，精细刻画了基于群系的植物群落结构和碳输入地理分异规律。结果表明，近40年来青藏高原高寒草地植被变化存在的强烈空间异质性，主要由气候主导的地理分异驱动，会对土壤碳输入产生深刻影响。
Wang Yanfen, Xue Kai, Hu Ronghai, et al. Vegetation structural shift tells environmental changes on the Tibetan Plateau over 40 years. Science Bulletin, 2023, 68.
https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.07.035
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