热浪(Heat wave)作为极端气候的一种,由于其发生频率、强度及其对生态系统的影响均有增加,受到了科学界越来越多的关注。本研究分别在中国北方草地湿润的草甸草原和干旱的典型草原进行了实验来研究热浪对生态系统碳、水通量和植被群落的影响。实验主要从两方面展开:研究一是结合60年的气象数据和6年的涡度相关(Eddy covariance)通量塔数据对发生在松嫩草甸草原的自然热浪进行研究;研究二是模拟人类活动(刈割)及模拟热浪对多伦典型草原生态系统的影响。(1)松嫩草甸草原的热浪发生数量从1980年代开始增加,2010年后更是热浪事件的高频期。同时,热浪发生的时间也从7月份提前到6月份。(2)热浪常常伴随着干旱发生,5天的热浪事件会使草地生态系统SWC(土壤含水量)下降30%,SWP(土壤水势)上升38%,而刈割更会加速草地生态系统水分散失的速度。同时,热浪结束后伴有较高的土壤温度,因土壤温度并不像空气温度在热浪结束后立刻回到热浪前的水平。这些因素均会促成干旱的发生。(3)热浪发生会导致草地生态系统的碳通量下降。本研究中估算松嫩草甸草原的自然热浪会导致生态系统NEE(生态系统净碳交换)降低50%。多伦典型草地生态系统NEE在2013年模拟热浪发生时平均下降40%,2014年热浪时下降28%。总体估算,热浪会导致草地生态系统NEE下降25%~50%,Re(生态系统呼吸)下降5%~20%,GEP(生态系统总生产力)下降15%~30%。(4)热浪对草地生态系统的影响主要是通过干旱造成的。单独的高温因素并不会对草地生态系统造成严重的影响,而热浪所引发的干旱将与高温共同作用对生态系统产生重大影响。热浪持续一段时间后,高温蒸发会使生态系统中的水分减少,同时,生态系统的WUE(水分利用效率)也会下降,5天的热浪会使WUE下降26%。(5)热浪对生态系统造成的影响并不会随着热浪的结束而立刻结束,这种影响会持续一段时间(接近20天)。并且,热浪对生态系统的影响可能会持续多个生长季。热浪发生的时间正处于草地生态系统植物群落生长的高峰期,热浪的作用会限制植物群落的生长。抵消热浪持续影响的最有效方式是热浪发生后短时间内一定强度的降雨,生态系统水分的补充会使植物群落补偿式的快速生长,从而抵消热浪对生态系统的影响。(6)割草和放牧是中国北方对于草地生态系统利用的主要形式。多伦的模拟热浪试验中通过不同的刈割强度模拟了这两种草地利用方式。轻度刈割在初年并不会对生态系统造成显著影响,但是会降低生态系统对于极端气候热浪的抵御能力。而持续的刈割和极端气候的共同作用会很快破坏生态系统的水热平衡,在次年就会很大程度上改变草地生态系统的水热状态,使生态系统变的脆弱。重度刈割对草地生态系统的影响要更快更显著。