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陆地是主要的碳汇,在调控生态系统碳循环过程中发挥着重要的作用。由于大气CO2浓度持续升高引发全球变暖及一系列的全球气候变化问题已经引起了各国政府部门和科学界的极大关注,一方面要节能减排减少CO2的排放,另一方面要增加陆地生态系统的碳汇功能。草地是陆地生态系统的第二大碳汇,在调节气候变化方面起着重要的作用,由于草地所处地理位置的特殊性,水分成为限制草地生态系统生产力的主要因子,同时氮素是陆地生态系统重要的限制性养分之一,水分和氮素成为近年来研究草地生态系统结构与功能的重要切入点。尤其在最近50-100年来,随着大气氮沉降的持续增加以及全球气候变化引发的降水量和降水格局的变化,改变了陆地生态系统资源的供给（氮和水）,进一步影响草地生态系统的结构和功能,尤其影响到草地生态系统的碳循环。另外,我国北方农牧交错带是农田和草地的过渡区域,约6.5×10~5km~2,部分区域遭受着土壤盐渍化的影响。较高的盐分和p H会影响到植物的生长和微生物活动,进而影响到生态系统碳循环。然而氮沉降和降水变化是如何影响草地生态系统碳通量的,尤其是在我国北方农牧交错带盐碱化草地,研究尚不清晰。本研究包括两部分内容,山西右玉黄土高原草地生态系统定位观测研究站的氮添加和降水变化联网实验平台和内蒙古多伦县2006年设立的长期氮添加和刈割实验平台,研究生态系统碳通量对氮添加和降水变化的响应及其调控机制,这两个研究地点均属于中国北方农牧交错带草地生态系统。实验一研究了土壤呼吸(土壤总呼吸(SRTOT)、土壤自养呼吸（SRA）、土壤异养呼吸（SRH）)生态系统碳交换（生态系统呼吸（ER）、生态系统净碳交换（NEE）、生态系统总初级生产力（GEP））对氮添加和降水变化的响应。实验二分析了长期氮添加对植物资源利用效率（氮利用效率（NUE）和水分利用效率（WUE））的影响。本文通过分析、量化生态系统碳通量各组分对氮添加和降水变化的响应,揭示草地生态系统碳通量的主要控制因子,并从资源利用效率角度阐述资源的供给与利用对草地生态系统碳通量的影响及其调控机制。主要研究结果如下:1)单独的添加氮或降水变化处理没有显著影响植物生产力（NPP）,但是同时添加氮和增加降水处理显著提高了植物生产力,并且主要促进了植物地上部分的生长。相对于植物,土壤微生物对氮添加和降水变化的响应并不敏感。土壤中的阳离子和p H在调控植物生产力和微生物生物量中发挥重要作用,但是氮添加和降水变化对土壤交换性阳离子和土壤p H的影响不显著。2)单独加氮或增、减50%的降水处理对土壤总呼吸、土壤异养呼吸和自养呼吸没有显著影响。但是,氮添加和增加50%的降水处理显著提高了土壤总呼吸,分析其原因主要是因为植物生产力增加,使得土壤自养呼吸增加引起的。而土壤异养呼吸对短期氮添加和降水变化不敏感。另外,氮添加对土壤自养呼吸的影响在湿润条件下强于干旱条件下,表明在农牧交错带半干旱草地生态系统,降水增加会通过加速土壤自养呼吸而促进氮添加对土壤总呼吸的影响。土壤的p H和阳离子浓度调控着该地区农牧交错带草地生态系统土壤总呼吸及其组分对资源环境变化的响应。3)氮添加和降水变化（-50%或+50%）处理对农牧交错带草地生态系统CO2交换（GEP、ER和NEE）没有显著影响。因为氮和水的共同限制,并且氮的可利用性受水分状况的调节,使得氮添加与降水变化对NEE的影响存在交互作用,并且氮添加对NEE的影响在干旱和湿润条件下不同。减少降水时,加氮处理降低了NEE,而在降水增加时,加氮处理促进了NEE。因此,季节性降水调控着氮对生态系统碳交换的影响。4)通过计算生态系统水平的资源利用效率发现,2018-2020三年氮添加处理对生态系统碳利用效率没有显著影响,但是显著提高了生态系统的水分利用效率。减少降水对碳利用效率和水分利用效率没有显著影响,但是增加降水显著提高了碳利用效率和水分利用效率。因此,在农牧交错带半干旱草地生态系统,氮和水共同调控着生态系统水平的资源利用效率。5)通过分析不同土壤含水量条件下的植物群落斑块中植物个体对水和氮的利用效率发现,氮添加不影响植物的水分利用效率,但显著降低了氮利用效率,间接提高草地生产力;在不同的群落斑块中,植物可以通过调整自身的水分利用效率来适应氮素状况;并且,结构方程模型显示土壤含水量调控着氮添加对植物资源利用效率和生产力的影响。6)氮添加和增加降水处理促进生态系统碳吸收和释放过程,使得生态系统更加开放。氮添加和增加降水显著提高了NEE,对CUE没有影响,表明长期氮水输入对生态系统碳固持的影响仍存在较大的不确定性。而氮添加和减少降水处理降低了NEE以及碳的固持能力（CUE）,表明干旱会使得氮沉降对草地碳汇的促进作用转化为抑制作用。生态系统资源的供给和利用之间存在相互调控作用,影响着草地生态系统碳通量。而土壤p H和阳离子浓度在调控农牧交错带草地生态系统碳通量过程中发挥重要作用。综上,北方农牧交错带草地生态系统受氮和水共同限制,并且氮的可利用性受水分的调控,因此,在研究生态系统碳通量时应同时考虑多种环境因素（氮沉降、降水格局变化）。北方农牧交错带草地属于弱的碳汇,氮和水的补给会提高生态系统碳循环的关键过程（土壤呼吸和生态系统净碳交换）,使得生态系统更开放,增加了草地的碳汇功能,并且和主要受植物生长的调控。另一方面,土壤微生物（SRH,MBC）对资源环境变化（氮沉降和降水变化）的响应不敏感。氮添加和减少降水会降低生态系统碳固持,这与干旱情况下植物个体的功能性状及生理特点有关。季节性降水调控着氮添加对资源利用效率及碳通量的影响。草地生态系统碳通量受到资源供给和利用的调控,并且在资源环境变化条件下,土壤p H和阳离子的响应对资源的利用及生态系统碳的通量具有重要的调控作用。