我国北方草原生态系统对全球变化的响应和适应——来自实验的证据

摘要

首先采用野外增温实验的方式,研究了北方典型草原和荒漠草原生态系统对温度变化和降水变化的联合响应;其次利用人工气候箱对全球变化因子的模拟,分析比较了我国北方草原关键物种对CO2浓度、降水和温度变化单独及联合的响应和适应.主要结果是,野外增温处理与对照相比,0-5cm的土壤温度平均升高了2.91℃,表明红外辐射增温效果明显;0-20cm土壤含水量较对照平均下降32％,表明温度增加导致了土壤含水量显著降低(p＜0.05).升温使荒漠草原生态系统净初级生产力(ANPP)在自然降水条件下下降了 9.1％,但增温和增加降水的联合作用使之明显增加(76.3％).增温和增加降水也促进了荒漠草原的土壤有机碳、微生物碳和土壤硝态氮含量的增加.升温增加了2011年典型草原的对照、增15％、增30％各降水处理的生物量,分别为6.6％,18.0％和37.2％.然而,在2012年,典型草原的ANPP各处理间无显著差异.增温和增加降水有增加典型草原土壤微生物碳含量的趋势.CO2浓度增加使得C3灌木固氮物种小叶锦鸡儿的生物量增加了10.8-41.7％,使C3禾本科物种大针茅增加了33.2-52.3‰在较好水分条件下,CO2浓度增加没有促进C4植物禾本科物种糙隐子草的生长;但在干旱条件下,却使之显著增加(20.0-59.7％).高温和干旱的交互作用限制了关键物种的光合性能,而CO2浓度升高对光合性能的改善作用不明显.这提示人们,如不及时采取合理有效的应对措施,未来气候变化将对我国北方草原生态系统构成严峻威胁。