“植”在美麗中國
——植被與環(huán)境變化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

植被與環(huán)境變化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于2007年10月獲得批準(zhǔn)建設(shè)，2009年12月通過驗(yàn)收，其前身為1989年成立的“中國科學(xué)院植被數(shù)量生態(tài)學(xué)開放研究實(shí)驗(yàn)室”。實(shí)驗(yàn)室圍繞植被與環(huán)境變化的國際重大前沿科學(xué)問題和國家戰(zhàn)略需求開展創(chuàng)新性研究，重點(diǎn)進(jìn)行植被格局與演變、生物多樣性與生態(tài)保育、全球變化的響應(yīng)與適應(yīng)、生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)草牧業(yè)與可持續(xù)性5個(gè)方向的研究工作。其發(fā)展目標(biāo)是在植被與環(huán)境變化領(lǐng)域取得具有重要國際影響的研究成果，為植被資源的保護(hù)和利用、國家生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展提供科技支撐；建成生態(tài)學(xué)領(lǐng)域具有重要國際影響力的科學(xué)研究、人才培養(yǎng)和學(xué)術(shù)交流基地。

“植”同道合，責(zé)任重大

植被與環(huán)境變化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)由19個(gè)研究組構(gòu)成研究主體，并按研究方向設(shè)置5個(gè)研究群；主要依托分析測(cè)試中心和10個(gè)野外站、中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）生物分中心和中國科學(xué)院內(nèi)蒙古草業(yè)研究中心開展工作。分析測(cè)試中心包括化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室、穩(wěn)定性同位素實(shí)驗(yàn)室、生理生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室、分子生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室、3S實(shí)驗(yàn)室、環(huán)境變遷實(shí)驗(yàn)室和植物水分養(yǎng)分實(shí)驗(yàn)室。擁有電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、電感耦合等離子發(fā)射質(zhì)譜儀、穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜儀、氣相色譜儀、碳氮元素分析儀、激光粒度儀、流動(dòng)分析儀、遺傳分析系統(tǒng)、熒光成像系統(tǒng)、紋理密度測(cè)量?jī)x等主要儀器設(shè)備，共有10萬元以上儀器設(shè)備40臺(tái)（套），總價(jià)值2000余萬元。10個(gè)野外站中包括3個(gè)國家站和4個(gè)CERN站，各野外站充分發(fā)揮科研支撐作用的同時(shí)，每年還接待其他科研單位、院校大中小學(xué)生實(shí)習(xí)、開展夏令營(yíng)等活動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有科研人員93名，包括中國科學(xué)院院士2名、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者3名、國家“百千萬人才工程”入選者1名、國家引進(jìn)人才計(jì)劃入選者4名、中國科學(xué)院引進(jìn)國外杰出人才計(jì)劃入選者4名。研究人員以中青年為主，50歲以下的研究人員約占85%，35歲以下的青年科研人員超過30%。有在讀研究生160余名，每年在植物生態(tài)學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、植物生理生態(tài)學(xué)、理論生態(tài)學(xué)、全球變化生態(tài)學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)等研究方向上分別招收博士生和碩士生20～30人，同時(shí)還與其他高校和科研單位聯(lián)合培養(yǎng)研究生。目前，實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)各類科研項(xiàng)目課題180余項(xiàng)，主要包括國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技部原“973”計(jì)劃、科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)、科技支撐計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國際合作等項(xiàng)目。近5年發(fā)表SCI論文700余篇，包括在Nature Communications、Nature Geoscience、Proceedings of National Academy Sciences USA、Ecology、EcologyLetters、Journal of Ecology、Functional Ecology、Global Change Biology、Global Ecology and Biogeography、New Phytologist、Journal of Experimental Botany等生態(tài)學(xué)旗艦雜志上發(fā)表多篇原創(chuàng)性論文；獲授權(quán)專利28項(xiàng)。

近年來，實(shí)驗(yàn)室與美國、德國、加拿大、日本、瑞士、法國、荷蘭、芬蘭、蒙古、蘇丹等20多個(gè)國家和地區(qū)的科研機(jī)構(gòu)和高等院校及組織建立了合作交流關(guān)系，同時(shí)積極主辦和參與了相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議。為吸引優(yōu)秀科研人才、加大開放力度、加強(qiáng)學(xué)術(shù)合作與交流，按照財(cái)政部、科技部《國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)管理辦法》，每年設(shè)置一定比例的開放課題。多年來，實(shí)驗(yàn)室積累了大量野外調(diào)查、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論研究數(shù)據(jù)，在國際生物多樣性和全球變化等生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域逐漸嶄露頭角，也成長(zhǎng)為中國植被與植被圖、草地生態(tài)科學(xué)、森林大樣地和全球變化生態(tài)學(xué)等研究領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)單位。植被與環(huán)境變化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已成為我國植物生態(tài)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)研究、人才培養(yǎng)與高水平國際合作的重要基地。

“植”向遠(yuǎn)大，成果豐碩

2019年3月19日，植被與環(huán)境變化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2018年度學(xué)術(shù)委員會(huì)會(huì)議在中國科學(xué)院植物所召開。會(huì)上，委員們對(duì)實(shí)驗(yàn)室目前存在的主要問題和評(píng)估工作提出建議：一是要鼓勵(lì)和引導(dǎo)對(duì)重大科學(xué)問題長(zhǎng)期、系統(tǒng)性研究，加強(qiáng)開展與國家戰(zhàn)略需求相關(guān)的研究，并在已有的研究基礎(chǔ)上，提出國際前沿性科學(xué)問題；二是要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究方向和重大任務(wù)，優(yōu)化和推進(jìn)研究群建設(shè)、人才項(xiàng)目設(shè)置機(jī)制；三是要精準(zhǔn)把握評(píng)估規(guī)則，系統(tǒng)梳理和凝練代表性科研成果、突出亮點(diǎn)工作，梳理人才培養(yǎng)成果；四是要打造實(shí)驗(yàn)室特色的學(xué)術(shù)交流品牌；五是要加強(qiáng)特色平臺(tái)建設(shè)、數(shù)據(jù)共享。

4月，實(shí)驗(yàn)室科研人員在氮富集下植物功能性狀對(duì)高寒草地生產(chǎn)力的調(diào)控機(jī)制方面取得了好成績(jī)。氮素是植物生長(zhǎng)的重要限制因素，其變化會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重要影響。一般認(rèn)為，草地生態(tài)系統(tǒng)中的氮富集會(huì)提高其生產(chǎn)力。但近年來的研究卻顯示氮富集引起的磷限制、多樣性降低和群落組成改變，可能會(huì)抵消氮輸入對(duì)生產(chǎn)力的促進(jìn)效應(yīng)。因此，闡明氮富集對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響機(jī)制成為當(dāng)前全球變化生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的焦點(diǎn)話題。作為連接全球變化與生態(tài)系統(tǒng)功能之間的橋梁，植物功能性狀為解析草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力對(duì)氮富集的響應(yīng)機(jī)制提供了可能途徑。然而，目前仍缺乏氮富集背景下植物功能性狀調(diào)控草地生產(chǎn)力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)依托在青藏高原高寒草原建立的長(zhǎng)期氮添加實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，揭示了氮富集下植物功能性狀與生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力以及水分、光照和磷元素等資源的利用效率之間的關(guān)聯(lián)。研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，葉片磷含量功能多樣性降低，使得光、磷利用效率持續(xù)降低；同時(shí)，優(yōu)勢(shì)物種葉面積增大引起的群落光攔截增加的正效應(yīng)，以及葉片磷含量功能多樣性下降的負(fù)效應(yīng)，共同導(dǎo)致生產(chǎn)力和水分利用效率沿氮梯度呈先上升后下降的趨勢(shì)。

這是團(tuán)隊(duì)在前期發(fā)現(xiàn)植物氮磷化學(xué)計(jì)量比能夠調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)碳通量對(duì)氮輸入響應(yīng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)氮富集下植物形態(tài)性狀及性狀功能多樣性調(diào)控高寒草地生產(chǎn)力相關(guān)機(jī)制的進(jìn)一步研究工作。研究結(jié)果為理解大氣氮沉降背景下草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的動(dòng)態(tài)變化提供了新視角，也為退化草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理提供了啟示。

7月，實(shí)驗(yàn)室研究人員再創(chuàng)佳績(jī)，解析了高寒草地土壤碳分解溫度敏感性的調(diào)控機(jī)制。土壤碳分解的溫度敏感性表征土壤碳分解過程對(duì)溫度的響應(yīng)程度，通常用Q10來表示，即溫度每增加10攝氏度土壤呼吸速率增加的倍數(shù)。這一參數(shù)的大小在一定程度上決定著陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與氣候變暖之間反饋關(guān)系的方向與強(qiáng)度，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中的關(guān)鍵參數(shù)。因此，土壤碳分解的溫度敏感性及其調(diào)控機(jī)制成為近20年來全球變化生態(tài)學(xué)領(lǐng)域廣泛關(guān)注的重要問題。然而迄今為止，學(xué)術(shù)界尚未能全面解析底物、環(huán)境、微生物等屬性對(duì)土壤碳分解溫度敏感性的影響機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)室研究人員以青藏高原高寒草地為研究對(duì)象，基于自然土壤剖面形成的理化性質(zhì)梯度，并結(jié)合長(zhǎng)期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)、碳分解模型以及控制實(shí)驗(yàn)等多種手段，揭示了土壤碳分解溫度敏感性垂直變異的調(diào)控機(jī)制。研究人員發(fā)現(xiàn)，深層土壤中較低的微生物豐度與較強(qiáng)的團(tuán)聚體保護(hù)使其碳分解的溫度敏感性顯著低于表層土壤。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不同碳組分溫度敏感性的調(diào)控機(jī)制存在差異：活性碳分解溫度敏感性的垂直變異主要受微生物群落調(diào)控，而惰性碳分解的溫度敏感性則主要受團(tuán)聚體保護(hù)的影響。該研究揭示了土壤碳穩(wěn)定性機(jī)制在調(diào)節(jié)土壤碳分解過程中對(duì)氣候變暖響應(yīng)中的關(guān)鍵作用，相關(guān)結(jié)果為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與氣候變暖之間的反饋關(guān)系提供了啟示。

前不久，實(shí)驗(yàn)室又在揭示荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)氮水調(diào)節(jié)機(jī)制方面取得新進(jìn)展?；趦?nèi)蒙古北部荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)大幅度降水梯度（包含極端干旱和極端降水年型）和氮素添加交互作用的長(zhǎng)期野外模擬試驗(yàn)資料發(fā)現(xiàn)，荒漠草原植被地上凈初級(jí)生產(chǎn)力（ANPP）和植物群落水平高度（CWM）都會(huì)隨著降水量增加呈線性增加趨勢(shì)，而氮素添加將進(jìn)一步增強(qiáng)降水效應(yīng)，特別是提高了植物對(duì)降水變化的敏感性。除此之外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，隨著降水量的增加，荒漠草原群落物種組成發(fā)生顯著變化，優(yōu)勢(shì)種由石生針茅等多年生禾本科植物轉(zhuǎn)變?yōu)橐痍愝锏确呛瘫究浦参?。這意味著正在發(fā)生的氣候變化及其與氮沉降的耦合作用將可能對(duì)荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的影響。

該研究為理解生態(tài)系統(tǒng)如何適應(yīng)氣候變化和營(yíng)養(yǎng)富集的新環(huán)境提供了新視角，也為生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、重建、可持續(xù)發(fā)展評(píng)估及管理提供了依據(jù)。研究工作表明，有必要強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的適應(yīng)與減緩研究，以確保地球系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

未來，實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)推進(jìn)5個(gè)研究方向上的工作進(jìn)展，加強(qiáng)以高寒生態(tài)系統(tǒng)、溫帶草原、森林、土壤、生物多樣性以及全球變化為重點(diǎn)的成果凝練，注重年輕科研人員科研能力的提高，通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各單元之間的、與所里各部門之間的溝通、適時(shí)建立成果備案制度、積極組織召開全國性的學(xué)術(shù)會(huì)議等舉措，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室良性運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)一步擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室在國內(nèi)外的影響力。