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在各种陆地生态系统中,以气候变暖为标志的气候变化将首先对草原生态系统产生影响。本研究以内蒙古温带草原为研究对象,通过整合已有的研究资料和成果,补充温带草原碳循环观测,分析不同气候年景(丰水年、平水年、欠水年)条件下我国温带主要草原类型地上、地下生物量、生物量分配及土壤呼吸作用的时空动态,评估了我国温带草原主要类型在不同气候年景条件下的净初级生产力(NPP:net primary productivity)、地上净初级生产力(ANPP:above-groundNPP)、地下净初级生产力(BNPP:below-ground NPP)、BNPP/ANPP、BNPP/NPP及碳收支。主要结论如下：
⑴内蒙古温带草甸草原、典型草原、荒漠草原的地上生物量(AGB:above-ground biomass)分别为246.09 g·m-2、141.09 g·m-2和71.36 g·m-2,地下生物量(BGB:below-ground biomass)分别为1451.39 g·m-2、1301.54 g·m-2和862.88g·m-2,沿降水减少的方向递减；草甸草原、典型草原、荒漠草原的地下与地上生物量比值(BGB/AGB)分别为6.68、12.38和16.78,沿降水减小的方向递增。
⑵草甸草原、典型草原(羊草草原、大针茅草原)、荒漠草原(短花针茅草原)的AGB和BGB年际变化总体上随年降水增加呈上升趋势,而BGB/AGB年际变化随年降水增加呈下降趋势；草甸草原、典型草原和荒漠草原的AGB、BGB和BGB/AGB在不同气候年景条件下差异均不显著。
⑶采用生物量外推法对温带荒漠草原植物自养呼吸作用(Ra)与土壤异养呼吸作用(Rh)的分离结果表明:植物地上部分自养呼吸作用(Ra,a)占总生态系统呼吸作用(Re)的比例为57％,根系自养呼吸作用(Ra,r)占生态系统呼吸作用的比例为20％左右,Rh/Re为23％左右；Rh对土壤呼吸作用(Rs)的贡献率约为54％。气温(Ta)和土壤含水量(SWC)是荒漠草原Re、Ra,a、Ra,r、Ra、Rs日变化的主导控制因子。Re、Ra,a、Ra,r、Ra、Rs、Rh与Ta呈显著的指数相关关系,Re、Ra、Ra,a与SWC呈显著的线性相关关系。
⑷温带荒漠草原Rs(Ra,a)/Re、Rh(Ra)/Re的日变化主要由15 cm深土壤温度和土壤含水量(10 cm深)日动态决定。全球范围内不同草原类型间Rh/Rs随年均温、年降水的增加而降低。
⑸温带荒漠草原Re、Ra,r、Rh、Ra和Ra,a对气温的温度敏感性(Q10)分别为1.864±0.48、2.47-3.63、1.25-1.45、1.65—2.86和2.38-3.66。植物自养呼吸作用的温度敏感性较土壤异养呼吸作用的高。温带荒漠草原土壤呼吸作用Q10的空间变异与BGB呈正二次函数关系,与土壤有机碳含量(SOC)和土壤全氮含量(TN)呈线性正相关关系。
⑹近三十年来,围栏羊草草原平均NPP、ANPP和BNPP分别为211.68±71.5l g·C·m-2.a-1、76.23±25.69 g·C·m-2.a-1和135.45±52.11 g·C·m-2·a-1。NPP、ANPP、BNPP在不同气候年景条件下的排列顺序均为:丰水年>平水年>欠水年。BNPP/NPP在不同气候年景条件下的波动幅度很小,相对稳定。NPP、ANPP、BNPP、BNPP/ANPP及BNPP/NPP的年际变异受年均温影响的程度较受年降水的影响大。
⑺不同气候年景条件下,围栏羊草草原生长季土壤呼吸作用碳排放量在丰水年、平水年和欠水年分别为267.9 g·C·m-2·a-1、276.7 g·C·m-2·a-1和254.8g·C·m-2·a-1,排列顺序为:欠水年<丰水年<平水年:非生长季土壤呼吸作用碳排放量在丰水年、平水年、欠水年分别为91.8g·C·m-2·a-1、79.7 g·C·m-2·a-1和154.0g·C·m-2.a-1,排列顺序为:平水年<丰水年<欠水年,欠水年非生长季的土壤呼吸作用碳排放量远远高于平水年和丰水年；全年土壤呼吸作用碳排放量在丰水年、平水年、欠水年分别为359.7 g·C·m-2·a-1、356.4 g·C·m-2.a-1和408.8 g·C·m-2.a-1,平水年和丰水年全年土壤呼吸作用碳排放量接近,但欠水年碳排放量明显增多。
⑻不同气候年景条件下,围栏羊草草原碳收支均表现为弱的碳源,碳源强度为:平水年<丰水年<欠水年,降水过多或过少均会促进温带草原的碳排放。