内蒙古荒漠草原生态系统碳收支对极端干旱-降水事件响应过程的模拟研究

The response process of carbon budget to extreme climate event will be studied based on the manipulative experiments of extreme drought-precipitation event and long-term observation data in desert grassland of Inner Mongolia. The change and hysteresis effect of some key indexes, such as leaf traits, photosynthetical and ecophysiological characteristics, soil respiration and ecosystem net carbon exchange following extreme climate event in different growth stage of green up, exuberance and withering, will be analyzed. And their sensitivity, response degree and the relationship of these indexes to extreme drought-precipitation events will be determined. Sub-modeling of the photosynthesis processes, photosynthate allocation and soil respiration of desert grassland will be revised based on their response to extreme drought-precipitation events. And the grassland ecosystem carbon budget model coupled the effects of extreme drought-precipitation events would be developed.

围绕荒漠草原生态系统碳收支对极端干旱-降水事件响应过程这一关键科学问题，从叶片结构特性、光合生理生态特性、土壤呼吸过程、生态系统净碳交换等关键过程出发，以极端干旱-降水人工控制实验为主导，结合荒漠草原生态系统长期定位观测资料，探讨荒漠草原生态系统碳收支对不同生育期（返青期、生长盛期、枯黄期）出现的极端干旱-降水事件的响应过程及其滞后效应，辨析表征荒漠草原生态系统碳收支关键过程的指标对极端干旱-降水事件响应的敏感性、响应程度以及各指标响应过程间的相互关系。修订与完善现有草地生态系统模型的光合生化过程模块、光合产物分配模块及土壤呼吸模块对极端干旱-降水事件的响应，建立有效模拟极端干旱-降水事件影响的荒漠草原生态系统碳收支模型。

全球气候持续变暖及极端天气气候事件发生频次和强度的增加已对陆地生态系统产生严重的影响。本研究以内蒙古荒漠草原生态系统代表类群—石生针茅生态系统为研究对象，基于长期气象站点观测资料以及连续3年的极端降水--干旱事件响应人工控制模拟实验数据，对内蒙古荒漠草原极端气候变化趋势以及生态系统碳收支关键参数对极端降水-干旱事件的响应过程进行了分析与模拟。最终结果表明：(1)近年来荒漠草原气候极端化趋势明显，温度呈极显著的不对称增温，最长热浪天数增加；降水向极端化趋势发展，极端降水比例和频数增加，持续干旱天数延长。(2)石生针茅碳收支的关键参数--光合生理生化参数、叶绿素荧光参数、生态系统碳交换参数对生长季不同时期出现的极端降水—干旱事件均呈二次曲线响应过程，但生长盛期各关键参数出现峰值时对应的土壤水分含量要低于返青期和枯黄期。(3)极端高温显著改变了荒漠草原优势种石生针茅叶片光合生理参数对土壤水分变化的敏感性。在气温超过35℃的情况下净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及水分利用效率随土壤水分含量变化的斜率均气温低于35℃时各参数指标随土壤水分含量的变化斜率。(4)石生针茅生态系统碳交换的不同关键参数对土壤干旱过程的敏感性不同，一方面随着土壤水分含量(SWC)的降低，参数值发生反应的时间和趋势有差异；另一方面，SWC降低造成的不同参数的变化幅度也不同，即各参数的响应曲线形状、达到最大值时对应的SWC、参数值上升和下降速率都有一定差别。(5)修订与完善现有草地生态系统模型光合生化过程模块，实现了对极端水分变化过程的有效模拟。相关研究将为有效评估极端气候事件影响下的我国荒漠草原生态系统碳收支格局动态，探讨草原生态系统可持续发展对策提供借鉴。