热浪对不同刈割强度下克氏针茅草原CO2、H2O和能量通量影响的控制实验研究

热浪是典型的全球变暖导致的极端气候事件之一，近年来其发生频率和强度明显增加，危害程度增强，而且植被对热浪带来的骤然高温较缓慢增温反应更为敏感，因而热浪研究是当前全球变化研究方向的紧迫和前沿问题之一，但这方面研究十分匮乏。内蒙古半干旱生态脆弱区遭受热浪侵袭的几率更大。本研究立足于探讨人工模拟热浪结合内蒙古典型草原广泛分布的土地利用方式- - 刈割，通过野外原位群落控制实验，利用微生态环境自动监测技术，从植物生理生态、个体形态结构和生长以及种群动态多个角度研究不同植物种类和功能群对热浪及刈割的特异性反应及其相互之间竞争关系的变化，探讨热浪和刈割对植物群落结构和生物多样性的潜在影响以及由此引起的生态系统功能（生产力、碳水循环和能量分配）的变化。本项目的研究结果不仅能为全球变暖和土地利用变化背景下陆地生态系统中长期动态模型的预测和检验提供可靠参数，还将为北方草原生态系统的管理提供必要的基础科学数据。

结题摘要：热浪(heat wave)作为典型的极端气候事件日益受到科学界的关注，主要是因为热浪带来的骤然高温比缓慢增温对生物的影响更大，同时，在全球变暖影响下，热浪发生的强度和频率明显增加，其危害程度也在增强，尽管国内外已经开展了一些气候变化方面的实验，但关于极端气候事件的研究还非常匮乏。我们采用人工模拟热浪耦合当前草原主要管理方式——刈割，热浪分有和无2个水平，刈割设重度刈割、中度刈割和不刈割3个水平，共6个处理，每处理重复4次对热浪进行了研究。主要研究了热浪对植被（地上、地下）的影响、热浪对微气候的影响、热浪对温室气体碳通量（光合、呼吸、净生态系统交换）的影响、及热浪对水、热通量的影响。 主要结果有：1）6个处理（不刈割加热H、轻度刈割加热HC1、重度刈割加热HC2、轻度刈割不加热NC1、重度刈割不热NC2、不刈割不加热CK）间微气象指标表现出一定差别，年际间规律基本一致，总体表现为刈割的冠层温度和日较差均高于不刈割的。2）地上生物量方面，加热组生物量均要高于非加热组。刈割组加热后会增加活植物体的质量，但会减少凋落物质量，而非刈割组，加热会大幅增加凋落物的质量，但并没有增加植物体的质量。3）热浪显著影响碳吸收强度，热浪阶段，加热组的净生态系统CO2交换（NEE）均要高于非加热组，加热组碳吸收强度较非加热组降低。而且在模拟热浪结束后，这种影响并没有马上消失，加热组和非加热组NEE仍存在差异，但这种差异随着生长季的延续逐渐变小。同时，在2014年试验加热前，刈割及非刈割处理下，加热组的NEE要低于非加热组，这种差异的产生可能为前2年加热处理导致，热浪可能会对生态系统NEE产生更长远的影响。.关键数据：我们获得了6个处理的4年连续微气象数据，包括净辐射、土壤热通量、土壤温度、土壤湿度、气温、空气湿度、光合有效辐射、降雨量等关键数据，以及定期测量的各处理碳、水和能量通量的数据，以及地上地下生物量、多样性、盖度、频度等植被指标。.科学意义包括：1）发现了热浪会减少克氏针茅草原的碳吸收能力，影响有持续效应；2）热浪中植物要维持正常代谢需要消耗较多水分，在热浪结束后，生态系统通常表现为缺水状态，并且土壤变热、变干，这是导致碳吸收能力下降的主要原因；3）实验结果还表明，重度刈割能增加草地系统的敏感脆弱性，换句话说，非刈割组及轻度刈割组有更强稳定性，这对于应对气候变化有显著意义。