氣候變化對(duì)中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的影響

王春磊，晁暉，孫迪

（1.河北聯(lián)合大學(xué) 信息工程學(xué)院，河北 唐山063009；2.北京市第三十五中學(xué)，北京100031）

氣候變化是指氣候平均狀態(tài)隨時(shí)間的變化，即氣候平均狀態(tài)和離差兩者中的一個(gè)或兩個(gè)一起出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)意義上的顯著變化，離差值越大，表明氣候變化的幅度越大，氣候狀態(tài)越不穩(wěn)定（百度百科）［1］。政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)認(rèn)為，氣候變化是指無(wú)論基于自然變化抑或是人類(lèi)活動(dòng)所引致的任何氣候變動(dòng)（IPCC，2001）［2］。在漫長(zhǎng)地質(zhì)年代中，全球氣候變化從未停止過(guò)，目前由于已知和未知的原因，氣候變化步幅加大，頻率加快。IPCC第3次氣候變化評(píng)估報(bào)告指出：從1860年以來(lái)全球平均氣溫升高（0.6±0.2）℃（IPCC，2001）。在全球變暖背景下，近100年來(lái)中國(guó)年平均地表氣溫明顯增加，升溫幅度為0.5～0.8℃，比同期全球升溫幅度平均值（0.6±0.2）℃略高（丁一匯，2006）［3］。氣候變暖對(duì)中國(guó)自然生態(tài)系統(tǒng)將產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響，使人類(lèi)的生存環(huán)境面臨巨大挑戰(zhàn)。我國(guó)草地面積約4億hm2，約占國(guó)土總面積的41%（樊江文等，2003）［4］，是中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體。準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，將有助于預(yù)測(cè)全球氣候變化與草地生態(tài)系統(tǒng)之間的反饋關(guān)系以及草地資源的可持續(xù)利用（Yang Y H et al.，2010；Yang Y H et al.，2008；樊江文等，2010）［5－7］。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)在氣候變化背景下的動(dòng)態(tài)變化開(kāi)展了很多研究（季勁鈞等，2005；楊澤龍等，2008；孫淼等，2011；郭連云等，2008；Ni J et al.，2001；Fan et al.，2008；Piao et al.，2007；Piao et al.，2009；Yang et al.，2009；Yang et al.，2010；Ma et al.，2010；方精云等，2010）［8－20］，主要集中在草地碳庫(kù)、草地生產(chǎn)力兩個(gè)方面。本文基于國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究，總結(jié)了氣候變化對(duì)中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)草地碳庫(kù)及生產(chǎn)力的影響。

1 氣候變化對(duì)中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響

一般認(rèn)為以氣候變暖為主要特征的氣候變化在一定地域內(nèi)會(huì)進(jìn)一步加重暖干化趨勢(shì)，并引起草地生產(chǎn)力的下降（牛建明等，2001；李鎮(zhèn)清等，2003）［21，22］。但也有研究表明，草地生產(chǎn)力與氣溫沒(méi)有顯著的相關(guān)性（李存煥等，2000）［23］。由于氣候變化在不同地域的表現(xiàn)差異較大，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)特定地域的具體氣候變化特征而進(jìn)行植被生產(chǎn)力的響應(yīng)分析研究較多。

季勁鈞等（季勁鈞等，2005）［16］應(yīng)用大氣植被相互作用模式（AVIM）模擬了內(nèi)蒙古半干旱草原的凈初級(jí)生產(chǎn)力和生物量，結(jié)果表明，無(wú)論是降水或溫度的變化對(duì)草地的生產(chǎn)力都有顯著影響：降水增加，生產(chǎn)力增加；溫度增加，生產(chǎn)力下降。楊澤龍等（楊澤龍等，2008）基于48個(gè)氣象站點(diǎn)1961－2005年間的氣象觀測(cè)資料，對(duì)內(nèi)蒙古東部草原區(qū)進(jìn)行氣候分區(qū)，采用Thornthwaite Memorial模型分析了各區(qū)氣溫、降水變化特征及其與草地生產(chǎn)力趨勢(shì)的關(guān)系。結(jié)果表明，在大興安嶺中部地區(qū)，氣溫與降水不斷增加，草地生產(chǎn)力呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)；而在大興安嶺南麓與西側(cè)的草地區(qū)域，氣候呈暖干化趨勢(shì)，降水制約了草地生產(chǎn)力的提高。孫淼等（孫淼等，2011）［19］以位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟最南部的太仆寺旗為研究區(qū)，利用1979－2009年的氣候數(shù)據(jù)，并結(jié)合Miami和Thornthwaite Memorial模型研究草地氣候生產(chǎn)力對(duì)不同氣候變化情景的響應(yīng)。結(jié)果表明，近30年來(lái)，太仆寺旗年平均氣溫增溫趨勢(shì)明顯，年降水量呈現(xiàn)不明顯的下降趨勢(shì)，在氣候變暖的背景下，暖濕型氣候可提高草地氣候生產(chǎn)力，變化幅度為8.3%～16.7%，假如未來(lái)氣候向暖干型發(fā)展，草地氣候生產(chǎn)力的變化為－4.8%～3.5%。季勁鈞，楊澤龍，孫淼研究均表明對(duì)內(nèi)蒙古草原區(qū)而言，在氣候變暖的背景下，降水量的增加會(huì)增加草地生產(chǎn)力，而降水量的減少會(huì)制約草地生產(chǎn)力。

郭連云（郭連云等，2008）［15］利用三江源區(qū)興?？h草原區(qū)46年的氣候資料，分析了氣溫、降水的變化趨勢(shì)及其對(duì)草地氣候生產(chǎn)潛力的影響。結(jié)果表明：三江源區(qū)興?？h氣候總體上呈暖干化趨勢(shì)，年降水量總體上呈不顯著的增加態(tài)勢(shì)，草地生產(chǎn)力呈增加趨勢(shì)。降水量是影響該地區(qū)草地生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵因子，未來(lái)“暖濕型”氣候?qū)εd海草地干物質(zhì)生產(chǎn)有利，平均增產(chǎn)幅度為2～4%，而“冷干型”氣候?qū)Σ莸氐母晌镔|(zhì)生產(chǎn)最為不利，平均減產(chǎn)幅度為3～7%。若氣溫升高1～2℃ 、降水量增加10%～20%，則興海草地的生產(chǎn)力將增加2%～4%。樊江文等（樊江文等，2010）［7］針對(duì)國(guó)務(wù)院于2005年批準(zhǔn)實(shí)施的“三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程”，是否有所成效，利用GLOPEM模型對(duì)三江源地區(qū)1988－2005年的草地產(chǎn)草量變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：18年來(lái)三江源地區(qū)草地生產(chǎn)力呈現(xiàn)出3－5年的周期性波動(dòng)規(guī)律，總體呈增加趨勢(shì)。郭連云，樊江文的研究表明在不論是自然還是人為引起的氣候變化背景下，三江源地區(qū)草地生產(chǎn)力呈現(xiàn)增加的態(tài)勢(shì)。

2 氣候變化對(duì)中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的影響

草地是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，大氣中CO2有相當(dāng)大一部分被草地植被所固定，同時(shí)草地植被和草地土壤也向大氣中釋放CO2，盡管草地生態(tài)系統(tǒng)生物量的碳儲(chǔ)量不如森林大，同時(shí)地上部分由于放牧、農(nóng)墾等人為活動(dòng)的影響循環(huán)較快，CO2源的作用較為明顯，但草地植被的地下部分分解較緩慢，草地生態(tài)系統(tǒng)仍舊是一個(gè)明顯的CO2庫(kù)。

草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)包括植被生物量碳庫(kù)和土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)，植被生物量碳庫(kù)又包括地上生物量碳庫(kù)和地下生物量碳庫(kù)。有研究表明，中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量約占世界草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的8%左右（Ni Jet al.，2001）［10］，占全國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的16.7%（方精云等，1996）［18］，它隨氣候變化的波動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)將產(chǎn)生十分重大的影響。

對(duì)于中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量，不同研究給出的結(jié)果相差很大。根據(jù)Ni（Ni J et al.，2001）［10］的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量為44.09PgC（1Pg＝1×1015g），與世界草地碳儲(chǔ)存的分布特征一樣，中國(guó)草地碳主要儲(chǔ)存在土壤中，為41.03PgC，是植被層的13.5倍。Fan（Fan et al.，2008）［8］基于樣帶觀測(cè)的方法，估計(jì)中國(guó)草地植被生物量碳庫(kù)為3.32PgC，56.4%分布在青藏高原草地，17.9%分布在北方溫性草原。方精云（方精云等，2010）對(duì)國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究從草地分類(lèi)系統(tǒng)及資料來(lái)源、估算方法、地下生物量數(shù)據(jù)的缺乏三個(gè)方面剖析了研究結(jié)果存在差異的原因，并結(jié)合其研究組的工作，全面評(píng)價(jià)了中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)，結(jié)果顯示：中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)約為29.1PgC，其中96.6%的碳儲(chǔ)存于土壤有機(jī)質(zhì)中。

在中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化上，不同研究給出的結(jié)果差異也很大。有研究表明中國(guó)草地近20年來(lái)是碳匯：Piao等（Piao et al.，2007）［11］基于國(guó)家草地清查數(shù)據(jù)、NDVI序列數(shù)據(jù)，采用基于遙感的統(tǒng)計(jì)模型，計(jì)算得出1982－1999年北方草地地上生物量C庫(kù)，結(jié)果表明草地地上生物量C庫(kù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，平均增加量為1.01TgC／年；Piao等（Piao et al.，2009）［12］基于草地土壤有機(jī)碳密度與溫度、降水、植被指數(shù)等因素建立的統(tǒng)計(jì)模型的估算表明，近20年中國(guó)草地土壤是一個(gè)碳匯。有研究表明近20多年來(lái)中國(guó)草地碳庫(kù)年際波動(dòng)較大，但并未發(fā)生增加或減少趨勢(shì)：Ma等（Ma et al.，2010）［9］等基于連續(xù)22年（1982－2003）在內(nèi)蒙古地面觀測(cè)的結(jié)果，表明中國(guó)北方代表性草地群落的地上生物量在過(guò)去22年里呈現(xiàn)較大的年際波動(dòng)，但并沒(méi)有表現(xiàn)出增加趨勢(shì)；Yang等（Yang et al.，2009）［13］基于2001－2004年間實(shí)測(cè)的405處土壤剖面信息，結(jié)合20世紀(jì)80年代的全國(guó)土壤普查資料，并借助衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)估算出近20年青藏高寒草地土壤有機(jī)碳庫(kù)沒(méi)有發(fā)生顯著變化；Yang等（Yang et al.，2010）［6］基于2001－2005年間實(shí)際調(diào)查的981個(gè)土壤剖面數(shù)據(jù)，并結(jié)合第二次土壤普查提供的275個(gè)剖面信息，在樣地和樣帶兩個(gè)尺度上評(píng)估出中國(guó)北方草地土壤有機(jī)碳庫(kù)在過(guò)去20年間未發(fā)生顯著變化?？梢?jiàn)對(duì)于草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)在過(guò)去20年中，是否發(fā)生了變化，不同學(xué)者因研究方法、數(shù)據(jù)來(lái)源的不同結(jié)果差異很大。

3 結(jié)論

從國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)近幾十年來(lái)生產(chǎn)力、碳庫(kù)的變化研究中，可以看出：在氣候變暖的背景下，降水量的增加會(huì)增加草地生產(chǎn)力，而降水量的減少會(huì)制約草地生產(chǎn)力；中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)約為29.1PgC，其中96.6%的碳儲(chǔ)存于土壤有機(jī)質(zhì)中；不同的學(xué)者因研究方法、數(shù)據(jù)來(lái)源不同，對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)在過(guò)去20年中是否發(fā)生了變化有兩種結(jié)論：一種結(jié)論為，草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；另一種結(jié)論為，草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)沒(méi)有發(fā)生顯著的變化。

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