气候改变对草原植被的作用 0引言 气候变化已成为当前全球关注的热点问题监测数据分析结果显示，在全球范围气候变化呈现出温度升高（1906——2005年温度升高0.74℃）、降水时空异质性增强和气候灾害事件频繁发生的特征[1-2]，且有研究[3]预估，2010——2060年，平均气温可能升高1.3℃(1.1~1.4℃)中国气候变化与全球气候变化保持基本一致的特征，主要指标的变化幅度较全球平均水平略强[4]陆地是人类赖以生存的环境主体，以"气候变暖"为标志的全球气候变化对陆地生态系统产生了强烈影响[5]，森林、农田、草原作为3大陆地生态系统极易受到气候变化的冲击目前，国内外有关气候变化对陆地生态系统影响与系统响应的研究主要集中于森林和农田生态系统[6-15]对于中国而言，草原是面积最大的绿色生态屏障，坚守着森林、农田等其他植被难以延伸的干旱、高寒等自然环境最为严酷、生态环境最为脆弱的广阔地域，中国草原占国土面积的比重和其特殊的地理分布，彰显了其极其重要的国家生态安全战略地位[16]，同时也赋予草原在应对气候变化作用方面的重要性和不可替代性但是，关于草原生态系统对气候变化响应的研究还较少，近年来才开始受到研究者们的重视，虽然相继有一些探索性的研究成果[17-26]，但与农田、森林生态系统相比，在研究的深度和广度上都略显逊色，亟待进行阶段性总结，以提出未来研究方向。
1温带草原区气候变化趋势、特征及预测研究 1.1温带草原区气候核心要素变化趋势的研究 1.1.1温度升高明显 温度升高是气候变化的主要表征之一，无论在全球还是国家尺度，都有大量的数据可以证明内蒙古草原区地处北半球，是温度变化最为明显的地带之一，近年来大量的以点代区的研究结果不断支持气温升高的结论从内蒙古大尺度空间区域来看，吴学宏等[27]选用内蒙古各盟市2~3个记录年代较长的代表性站点，用多年平均气温反映气候冷暖变化的情况，其研究结果显示，20世纪70年代中期以前，气温为负距平较多；70年代后期，气温为正距平偏多，特别是80年代中后期，全部为正距平这表明20世纪70年代以后，内蒙古地区出现了持续性增暖，80年代以后，增暖趋势明显增强，到90年代，气温呈现加速上升趋势从局地区域来看，不同生态类型草原区温度也朝着增加趋势发生变化刘及东等[28]利用呼伦贝尔鄂温克自治旗中心气象站数据代表草甸草原区分析了1959——2006年间的气候变化，结果表明，期间该地区的平均气温总体变化趋势先降后升，1959——1970年平均气温-2.15℃，1971——1980年10年平均温度为-2.28℃，1981——1990年升高到-1.55℃，1991——2000年为-0.74℃，2001——2006年升至0.47℃。
可见，从20世纪70年代初开始，该区域的升温趋势非常明显云文丽等[29]以锡林浩特站为典型草原区代表性气象站，分析了1953——2003年区域平均气温的变化，研究结果表明，期间平均温度在波动中逐渐升高，上升趋势和全球变暖的趋势相一致，50年来气温累计上升大约3.4℃，特别是近20年平均气温累计上升4℃，另对季节变化的分析显示，4个季度的气温都有不同程度的升高，但是冬季和春季气温增加趋势较夏秋季明显韩芳等[30]利用11个气象站点1961——2007年的气象资料分析了中温性荒漠草原温度的变化情况，研究结果显示，50年来区域年平均气温呈极显著上升趋势，每10年上升0.49℃（50年累积达2.45℃），特别是近20年，是升温最为明显的时段 1.1.2降水量变化区域差异显著 从大区域尺度有研究表明，在北半球温暖时期，中国东南沿海降水量偏多，西北降水量将减少温带草原主要分布在中国东北、中北和西北地区，东西和南北跨度较大，降水时空不均匀性明显从海拉尔气象站数据资料分析来看，草甸草原区降水主要在250~400mm之间波动，降水年际变率很大，多雨年份可以达到少雨年份的2~3倍，其中各年份间春季的变率要明显大于其他季节，从1959——2006年的年降水量变化趋势来看，20世纪60——80年代降水量呈增加趋势，90年代后期呈下降[31]。
闫伟兄等[32]对内蒙古典型草原1960——2004年降水量变化的分析结果表明，20世纪70年代末以前，处于正常偏少阶段，80——90年代降水偏多，1998年降水量异常偏多，之后降水明显偏少但是，从1960——2004年间，典型草原区的年降水量线性变化趋势并不明显李晓兵等[33]利用荒漠草原区二连浩特、朱日和和苏尼特左旗1961——2000年气象数据分析获知，40年间，年降水量均表现出波动性变化，1961——1982年多数年份的降水量大于多年平均值，而1983——2000年小于和大于多年平均降水量的年份基本持平，总体分析研究的40年中，后20年较前20年相比降水量略有下降，但是总体趋势不明显 1.2温带草原区主要气象旱灾发生与变化的研究 多年来，干旱一直是制约中国北方地区农牧业发展的主要气象灾害有研究[34]证实，近50年来中国北方一些地区降水量明显减少，这将预示着干旱的加重，这一趋势和结果必将对农牧业生产造成日益严重的影响[35]当前，干旱已经成为危及人类生存环境的严重问题，人类可利用水资源的严重匮乏及荒漠化、沙漠化的加剧都是干旱发展的具体表现[36]关于气象干旱灾害的评估研究方法已有不少报道，如美国广泛应用的Palmer干旱指数[37]、加拿大常用的标准化降水指数(SPI)[38]、中国国家气象中心在旱涝监测中使用的Z指数[39]以及各种模型或集成模型[40]等。
需要注意的是，在2006年中国发布了《气象干旱等级》国家标准，列举并推荐了一系列干旱监测评价的单项指标和综合指标，为中国各地区的干旱等级评价提供了重要的依据和方法虽然评估气象干旱的指标很多，但是，每种评估方法在应用的过程中都会有区域局限性，对于不同时空尺度的评价，往往需要研究修正模型参数 旱灾是温带草原地区次数最多、分布范围最广、影响程度最烈的一种气象灾害[38]，对草原牧区的生产和人民群众的生活带来了严重影响马宗普等[41]从第4纪气候变化和发展规律出发，据此认为21世纪初虽然可能降水量有所增加，但是该时期仍属于干旱期，特别是中国北方将受到干旱灾害的严重威胁，并将诱发或伴生一系列其他自然灾害另据刘志刚等[42]对锡林郭勒草原气候变化与干旱特征的分析结果表明，1953——2005年的53年中，荒漠草原区气候干旱发生频率占62%，典型草原气候区干旱发生频率达60%，草甸草原气候区干旱发生频率也达51%大旱年景典型草原气候区发生率最高，53年中出现了13次，占比25%，荒漠草原和草甸草原也都达到11次，占比达21%；与此同时，研究还分析了锡林郭勒草原气候干旱发生的时间分布特征，结果显示，50年代干旱发生较少，各气候区发生频率在30%左右，20世纪60——70年代发生频率都较高，荒漠草原发生频率最高达80%，90年代发生频率明显减少，但是，进入2000年以后，干旱又明显增多，达80%。
目前，锡林郭勒地区正处在连续干旱时期，自1999——2007年已经连续7年发生不同程度的干旱，其中6年为严重干旱p#分页标题#e# 1.3温带草原区气候变化趋势预测的研究 在正确分析和认识气候变化历史的条件下，合理预测评估未来时段气候变化发展趋势，对于寻找全球、国家和区域气候变化适应对策具有重要的指导意义近年来，中国利用自行研制的全球海气耦合模型，综合IPCC几个模式结果，对全球、东亚以及中国未来100年的气候变化情景进行了预估，分析结果显示，未来50——100年全球地表气温将逐渐增加，而降水在南北极地增加、低纬度地区减少；对东亚和中国地区，未来将表现出一致增暖，亦具有明显的南北差异和季节差异，中高纬度地区增暖大于中低纬度地区，冬春季增暖更为明显降水变化与全球相比，时空变率较大，预估2070年CO2增倍情况下，中国地区的降水将普遍增多，降水百分率增多的区域中，最大在中国西部，范围从华北西部延伸到新疆，增加幅度预估在20%以上；华南的广东东部和福建西部以及广西东北部也有增加较多的地方；长江中下游地区的降水量变化不大，大部分地区略有增加，少数地方略有减少；东北北部是降水增加较多的区域之一，局地增加量也在20%以上；但是，东北南部至华北北部地区的降水将有一定的减少，减少多的地方数值在-10%以下[43]。
盛文萍等[44]利用PRECIS区域气候模式构建并分析了中国区域高分辨率SRES气候变化情境下内蒙古年均温和降水量的变化趋势，研究结果表明，在A2、B22种情景下，内蒙古年平均温度都有明显升高，A2情景增幅大于B2情景，虽然年均温度在21世纪与基础年时期相比有明显升高，但是年均温的全区分布格局在不同时期没有太大变化；同时研究结果还显示，内蒙古年降水量的变化趋势不像年均温在全区的变化那样一致，与基准年时期相比，21世纪初期全区年均降水量有明显降低，A2、B22种情景分别下降27.4%、29.7%，但21世纪中期开始，全区平均降水量又有所回升，到21世纪末，A2、B2两种情景下全区年均降水量分别比基准年下降11.3%、23.6%；未来时段内蒙古的年降水量空间分布极不均衡，高值区分布在大兴安岭——阴山山脉一线的东南缘迎风坡以及嫩江西岸平原，低值区分布在最西部的大陆内部，各降水量带平行于大兴安岭山脉呈东北-西南带状分布；到21世纪末，气候变化将使内蒙古西部地区降水量上升，而东北部和中部偏东南地区下降 2气候变化对温带草原植被影响与响应的研究 2.1主要气候要素变化对温带草原植被影响的研究 草原地区气候变化以CO2浓度增加，温度升高，降水减少或变化不明显为基本特征，这些变化对温带草原植被产生多方面的影响。
2.1.1CO2浓度CO2浓度升高被认为是气候变暖的主要动因草原是对CO2增加反应较敏感的生态系统[17]CO2对草原生态系统产生的影响并非单一因素的线性关系，其作用往往受到其他因子的制约Parton等[18]研究认为，气候变化和CO2的增多，将提高热带和温带草原的NPP(netprimaryproductivity,NPP)，但是，早在10多年前Melillo等[45]对气候变化下陆地生态系统生产力的模型预测研究却认为，温度和CO2浓度增加将使北半球和温带生态系统生产力增加，然而，随之而来的是系统的生产能力将受到土壤N缺乏的限制最近Berge[46]发表的有关温带草原的研究结果认为，N不会因为缺乏而成为限制草原植被生产力增加的因素，因为未来气候变化情况下N利用效率将极大降低Shaw等[47]在加州开展的模拟全球变化的单因素及包括气候变化、降水增加和N沉积在内的多因素试验，试图来回答草原对全球环境变化的响应时，得出了与Berge分析类似的结论，即大气CO2浓度升高抑制植物根的分配，从而降低温度增加、降水增多和N沉积对NPP的积极作用 2.1.2温度温度变化是气候变化最为明显的因素之一，对草原生态系统有显著的影响。
全球变化极大地改变了全球温度与季节气候条件的相应时间[19]温度升高、气候变暖将加快春天（返青期），并延迟秋天（枯黄期）的到来[20]，这将延长生物的生长期，此过程有助于CO2吸收，从而降低大气中CO2浓度，但是，生物与大气的相互作用又将影响气候[48]，随着生物活性的增强与绿色植被覆盖时间的增长，在干旱地区极易吸收更多的光照，但又没有足够的水分蒸发散热，这将进一步导致温度升高[21]，此过程将是正反馈过程温度对植物生长期干物质分配的影响取决于不同的物种及其环境，Morgan等指出，在未来温度升高2.6℃，且水分并没有成为限制因子的前提下，美国矮草草原的生产力将呈增加趋势与此同时，Bachelet等[49]采用平衡模型和动态模型研究的结果表明，温度对草原生产力的积极作用是有极限的，这一极限值为温度升高4.5℃国内在气候变化对草原影响方面也开展了大量研究，方精云[50]认为草原地区绝大多数植物为C3植物，温度升高对其生长将产。