名称：水分驱动的草原生态系统碳循环及其对气候变化的响应

完成单位：中国科学院植物研究所

主要完成人：万师强，牛书丽

主要内容：

陆地生态系统碳循环及其对气候变化的响应一直是全球变化生态学研究的核心问题，位于干旱和半干旱区的中国北方草地生态系统是欧亚大陆的典型植被，对气候变化反应敏感,　但对于该地区碳的源汇功能及其对气候变化的反应目前尚缺乏直接的实验证据．

为了研究气候变化对半干旱草原生态系统的潜在影响，我们于2005年在中科院植物研究所多伦恢复生态学实验示范研究站建立了一项温度和降雨的田间控制实验，增温处理用红外线辐射器(Kalglo Electronics, Bethlehem, PA, USA)对生态系统进行全年增温，增雨处理用喷灌装置于每年的7和8月份增加120mm降雨量(相当于增加30%的年降雨量，图１)，在生长季内对土壤温度，土壤湿度，生态系统总初级生产力（GEP），生态系统呼吸(ER)，以及净生态系统CO２交换(NEE)进行测定．

2005-2006年的实验结果表明，中国北方草地生态系统在整个生长季节内表现为碳汇功能．红外线辐射器对10cm处的土壤温度增加1.39℃但对0-10cm处的土壤湿度却降低1.34-1.72%，夏季增雨处理对0-10cm处的土壤湿度提高1.37-3.18%，证明处理的有效性．年际降雨量的高低决定了生态系统碳通量的大小，06年的降雨量比05年大85mm，因此06年的GEP和NEE平均比05年高36.3%和25.3％(图2)．增温降低生态系统碳通量，但在多雨年份以及增雨处理下降低的幅度较小(图2-3)，这主要是因为增温通过促进生态系统的蒸散作用从而降低土壤湿度，对干旱区的草地生态系统而言，增温通过改变土壤湿度的间接效应大于温度本身的直接作用，从而对生态系统碳通量产生负效应．植物个体水平的研究结果表明中午高温条件下，VPD的增大引起叶片气孔导度的降低，此期再进行增温会加剧气孔的关闭程度，从而降低植物的光合作用．两年实验期间的增雨处理对生态系统碳通量起促进作用，但在干旱年份和增温处理下，促进的程度降低(图3)．降雨量的增加不仅促进了生态系统碳固持，而且缓解了增温的负效应．该项研究结果表明水分是中国北方草地生态系统碳通量的主要驱动因子．

重要影响：该研究首次证明了中国北方草地生态系统的碳汇功能及其驱动因子以及对气候变化的响应．目前关于温带草地对全球变化的响应研究还很缺乏，该研究无疑有助于理解全球变化背景下温带草地的碳循环功能．该项研究于2008年发表在<New Phytologist> 上(177: 209–219).