气候和土地利用变化会影响陆地生态系统的物质和能量循环过程,人类活动引起的全球性地球变绿(Globalgreening)已成为当前的研究热点,中国生态治理中的大面积植树造林是其驱动因素之一,但这种变绿背景的陆地生态系统碳水循环反馈机制尚需深入研究。盐池荒漠草原生态系统在人为生态治理过程中极大地改变了其植被结构和功能,同时也在经历着全球气候变化的过程的影响,这势必对荒漠草原这一地带性生态系统类型的碳循环产生深远影响。而研究气候变化与人工锦鸡儿属灌木(柠条)种植对荒漠草原生态系统碳储量和碳交换的影响,不仅能够揭示这一背景下的陆地生态系统碳水循环响应机制,还能为区域生态治理提供科学依据。基于此,本论文利用生态系统过程模型模拟和涡度协方差相关技术观测等方法,在长时间序列上探究盐池荒漠草原生态系统在气候变化及灌丛种植背景下的碳储量与碳交换变化规律,研究所得主要结果如下:(1)基于1958—2017年的气象资料,结合气候情景模拟和Biome-BGC生态系统过程模型,对不同气候变化情景下的荒漠草原碳储量进行了模拟。在4种气候情景下,盐池荒漠草原生态系统年均总碳储量在2.3208—2.3652 kg/m2,土壤碳储量占总碳储量比重最高,其次是枯落物碳储量,植被碳储量。植被碳储量年际波动较为显著,且与同期降雨量的波动一致,总碳储量呈波动性上升趋势。单独的气温升高会导致各类型碳储量的略微降低,而单独降水波动增加会导致各类型碳储量的明显增高,二者综合作用会导致碳储量的升高;枯落物碳储量对气候变化的响应最敏感,其次是植被碳储量,土壤碳储量对气候变化的响应敏感度最低。(2)利用Logistic生长模型模拟人工柠条灌丛在荒漠草原的生长过程,再利用生长过程和Biome-BGC模型来模拟人工灌丛化对荒漠草原碳储量的影响。结果表明,荒漠草原种植人工灌丛后,生态系统植被碳储量由原来的0.0524 kg/m2提升至0.3143 kg/m2,枯落物碳储量由0.0727 kg/m2增加至0.1278 kg/m2,土壤碳储量历经60 a升高至1.9634 kg/m2,总碳储量增加至2.4055 kg/m2。枯落物和植被碳储量占总碳储量的比例由6.04%升高至18.38%,土壤碳储量占比由93.96%下降至81.62%。可见,人工灌丛的种植不仅会提高荒漠草原的碳储量,而且会改变各个碳储量的组分比例。(3)利用2017年盐池野外通量站的开路涡度相关数据,研究了种植人工灌丛的荒漠草原地区生态系统尺度碳交换特征。结果表明,该生态系统的碳通量日变化呈现“单峰形态”,自上午8:00—下午6:00内呈现碳汇作用,在夜间表现为碳源;年内碳通量呈现出明显的季节变化特征,在5月—9月生长季中具有显著的碳汇作用,而非生长季生态系统与大期间的碳交换非常微弱;生态系统与大气之间的全年净生态系统交换(NEE)为-156.97g.C/m2,即表现出较强的碳汇特征。(4)基于2019年在草地和柠条灌丛的土壤呼吸对比试验,研究了人工灌丛化对荒漠草原土壤—大气间碳交换的影响。结果表明,草地和柠条灌丛的土壤呼吸在日内均呈现“单”峰形态,即它们均与日内气温变化一致,但同一时刻柠条灌丛的土壤呼吸大于草地土壤呼吸,且二者之间存在显著差异。草地土壤呼吸在生长季内峰值是1.8515 μmol/m2.s,柠条灌丛下土壤呼吸的峰值是2.2872μmol/m2·s。由此可见,人工灌丛的种植会加速荒漠草原土壤呼吸速率,加快土壤—大气间的碳交换。