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广泛认为,低温是影响高寒草甸生态系统生理过程的首要限制因子。因此增温有可能会在某种程度上促进初级生产力,但是也可能由于土壤水分、氮素营养状况的改变形成新胁迫而抑制生产力的提高。此外,增温引起的生态系统呼吸提高的幅度也可能高于初级生产力的提高,造成总碳库平衡的改变。青藏高原在全球气候变化和碳循环方面起重要作用,而且高寒草甸生态系统是巨大的碳库,在全球变化气候条件下,青藏高原高寒草甸生态系统碳收支的变化、导致该变化的原因以及增温条件下氮是否会成为植物生长的限制性因素是当前亟待研究的问题。本研究首先利用青藏高原海北高寒草甸实测数据对生态系统过程模型Biome-BGC(V.4.2)进行了参数化,并利用研究区实测土壤水分(0-40 cm)对模型进行了检验,证明模型模拟结果较为可靠。模型使用2005-2008年的海北气象站实测气象数据包括气温、降水等作为驱动数据,模拟了增温1.2-1.7℃下青藏高原海北定位站高寒草甸生态系统碳通量的变化,并整合分析增温试验平台上已发表的试验,与模拟结果进行对比,预测增温对海北高寒草甸生态系统碳收支的可能影响。同时同其他生态系统过程模型进行的相近研究结果进行了对比。本研究为探明增温对青藏高原海北高寒草甸生态系统碳收支的变化,预测全球变化条件下该系统发展趋势具有一定的参考价值。
研究证实,2005-2008年青藏高原高寒草甸生态系统为弱的碳汇,短期增温导致系统净碳固定增加。增温直接影响系统碳通量,也通过系统水分和土壤矿化氮变化间接影响碳通量,相比水分和氮素,增温在影响碳通量的变化过程中的效应更大;研究也揭示,在增温条件下,植物对土壤矿化氮的吸收量大于有机质分解产生的土壤矿化氮量,土壤矿化氮含量略有降低。
BIOME-BGC(V.4.2)模型中物候模块对于草地生态系统模拟是需要改进的方面。另外,BIOME-BGC(V.4.2)当前版本还没有把动态植被模型包括进来,本研究并未讨论植物群落结构的变化对生态系统碳收支的影响。对于长期预测,这是一个需要改进的方面。