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草地面积占地球陆地表面（除冰盖外）的近40％，我国草地面积约占国土面积的40％，其中约78％(3.13×108ha)分布于北方温带区域。与其他陆地生态系统相比，草原生态系统更易受气候影响。如何准确地评估草原碳收支及其不确定性是草原碳循环科学研究的难点与热点，制约着草原碳减排增汇对策的制定及其科学的经营管理。
本研究基于中国温带草原已有的大量站点研究及野外实测数据，校准并验证了陆地生态系统模型(TEM，5.0)，采用模型-数据融合技术识别了模型中表达不完善的过程，并分析了考虑参数化和观测不确定性的同时确认并减少模型参数化过程的不确定性;给出了1951～2007年我国温带草原及其各主要组成类型的碳收支时空格局，探讨了二氧化碳浓度增加与气候变化对中国温带草原碳收支影响的敏感性，基于陆地生态系统模型、结合MonteCarlo方法、Bayesian推论和全局敏感性分析方法进行了中国温带典型草原碳收支模拟的参数敏感性分析、不确定性分析及参数校正。
主要研究结果如下:
(1)1951～2007年间，面积64.96×106ha的中国温带草原生态系统表现为碳汇，其强度为7.3TgCyr-1。其中，森林草甸草原和典型草原是碳汇主体(3.95TgCyr-1，2.5TgCyr-1)，荒漠草原碳汇较小(0.85TgCyr-1)。降水格局的变化对森林草甸草原的影响最显著。随着气候变暖和CO2浓度的升高，温带草原整个区域的碳汇有弱增加趋势，表现在区域植被碳库和土壤有机碳库的增加。生态系统碳收支(NEP)表现出显著的年际变化，主要由草原净第一性生产力(NPP)和土壤异养呼吸对年际间降水变化的敏感性差异引起。
(2)中国温带草原碳汇区主要集中在内蒙古中部沿300～400mm降雨带分布的典型草原和部分陕西省及甘肃省南部的森林草甸草原，而东北部的部分典型草原及森林草甸草原则呈碳源。由碳源向碳汇转变的区域占整个区域的62％，其中达到显著水平的占45％，集中分布在甘肃省南部的森林草甸草原及内蒙古东部的典型草原。向碳源转变的区域占整个区域的35％，其中达到显著水平的占32％，集中分布在内蒙古中西部的荒漠草原及中国东北部。约仅有3.7％的区域处于稳定状态，说明中国温带草原生态系统碳收支在近57年间均表现出剧烈的时空变化。
(3)过去57年间降水量的变化是碳储量减少的首要因素。尽管CO2浓度增加的施肥效应使得碳储量有所增加(1％)，但远远不能抵消由于气候暖干化造成的碳损失。CO2浓度增加、温度和降水的变化三者对温带草原碳收支的影响并不能简单地通过累加三者的单独作用予以解释，三者之间的作用相互抵消，对总碳储量几乎没有产生影响(减少了0.21TgC)，但是其中造成植被碳库减少了17.5TgC，而土壤碳库增加了17.29TgC。
(4)不同的草原类型对温度、降水与大气CO2同时变化的响应程度不同。其中，典型草原NPP对CO2浓度增高的响应最敏感，NEP增加速率最高，荒漠草原次之，森林草甸草原最高;典型草原NPP对温度升高的响应最敏感，NEP减少速率最小，荒漠草原次之，森林草甸草原最高;森林草甸草原NPP对降水的响应最敏感，荒漠草原次之，典型草原最低，三个类型草原NEP增加速率接近。
(5)在温带典型草原的碳收支模拟中，最大光合速率(CMAX2B)、异养呼吸的相关参数(0度异养呼吸基础值，KDB;异养呼吸的Q10值，RHQ10)、CO2-C吸收半饱和常数(KC)、氮吸收最大速率(NMAX2B)及光合有效辐射利用半饱和常数(KI)是TEM模型中碳收支模拟一阶敏感性最高的参数，而异养呼吸参数KDB是总敏感性最高的参数。不同气象条件影响了模型参数的敏感性，尤其表现在参数间协同作用的敏感性上。
(6)结合实测数据反演获得的贝叶斯模式参数集对NPP、NEP及植被和土壤有机碳库的模拟结果较传统方法均有一定改进。基于贝叶斯推论的站点尺度碳收支集合模拟可将-100～200gCm-2的先验不确定性范围减少至-20～100gCm-2，意味着贝叶斯推论可以大大降低NEP模拟的不确定性范围。区域尺度碳收支模拟的不确定性范围为-56～58TgCyr-1，意味着在研究时段内温带典型草原更有可能表现为弱碳汇。