气候变化对中国草地生态系统的影响

王春磊，晁晖，孙迪

（1.河北联合大学 信息工程学院，河北 唐山063009；2.北京市第三十五中学，北京100031）

气候变化是指气候平均状态随时间的变化，即气候平均状态和离差两者中的一个或两个一起出现了统计意义上的显著变化，离差值越大，表明气候变化的幅度越大，气候状态越不稳定（百度百科）［1］。政府间气候变化专门委员会认为，气候变化是指无论基于自然变化抑或是人类活动所引致的任何气候变动（IPCC，2001）［2］。在漫长地质年代中，全球气候变化从未停止过，目前由于已知和未知的原因，气候变化步幅加大，频率加快。IPCC第3次气候变化评估报告指出：从1860年以来全球平均气温升高（0.6±0.2）℃（IPCC，2001）。在全球变暖背景下，近100年来中国年平均地表气温明显增加，升温幅度为0.5～0.8℃，比同期全球升温幅度平均值（0.6±0.2）℃略高（丁一汇，2006）［3］。气候变暖对中国自然生态系统将产生重大而深远的影响，使人类的生存环境面临巨大挑战。我国草地面积约4亿hm2，约占国土总面积的41%（樊江文等，2003）［4］，是中国陆地生态系统的主体。准确认识中国草地生态系统的动态变化，将有助于预测全球气候变化与草地生态系统之间的反馈关系以及草地资源的可持续利用（Yang Y H et al.，2010；Yang Y H et al.，2008；樊江文等，2010）［5－7］。

国内学者对中国草地生态系统在气候变化背景下的动态变化开展了很多研究（季劲钧等，2005；杨泽龙等，2008；孙淼等，2011；郭连云等，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］，主要集中在草地碳库、草地生产力两个方面。本文基于国内学者的研究，总结了气候变化对中国草地生态系统草地碳库及生产力的影响。

1 气候变化对中国草地生态系统生产力的影响

一般认为以气候变暖为主要特征的气候变化在一定地域内会进一步加重暖干化趋势，并引起草地生产力的下降（牛建明等，2001；李镇清等，2003）［21，22］。但也有研究表明，草地生产力与气温没有显著的相关性（李存焕等，2000）［23］。由于气候变化在不同地域的表现差异较大，国内学者针对特定地域的具体气候变化特征而进行植被生产力的响应分析研究较多。

季劲钧等（季劲钧等，2005）［16］应用大气植被相互作用模式（AVIM）模拟了内蒙古半干旱草原的净初级生产力和生物量，结果表明，无论是降水或温度的变化对草地的生产力都有显著影响：降水增加，生产力增加；温度增加，生产力下降。杨泽龙等（杨泽龙等，2008）基于48个气象站点1961－2005年间的气象观测资料，对内蒙古东部草原区进行气候分区，采用Thornthwaite Memorial模型分析了各区气温、降水变化特征及其与草地生产力趋势的关系。结果表明，在大兴安岭中部地区，气温与降水不断增加，草地生产力呈现明显的增长趋势；而在大兴安岭南麓与西侧的草地区域，气候呈暖干化趋势，降水制约了草地生产力的提高。孙淼等（孙淼等，2011）［19］以位于内蒙古锡林郭勒盟最南部的太仆寺旗为研究区，利用1979－2009年的气候数据，并结合Miami和Thornthwaite Memorial模型研究草地气候生产力对不同气候变化情景的响应。结果表明，近30年来，太仆寺旗年平均气温增温趋势明显，年降水量呈现不明显的下降趋势，在气候变暖的背景下，暖湿型气候可提高草地气候生产力，变化幅度为8.3%～16.7%，假如未来气候向暖干型发展，草地气候生产力的变化为－4.8%～3.5%。季劲钧，杨泽龙，孙淼研究均表明对内蒙古草原区而言，在气候变暖的背景下，降水量的增加会增加草地生产力，而降水量的减少会制约草地生产力。

郭连云（郭连云等，2008）［15］利用三江源区兴海县草原区46年的气候资料，分析了气温、降水的变化趋势及其对草地气候生产潜力的影响。结果表明：三江源区兴海县气候总体上呈暖干化趋势，年降水量总体上呈不显著的增加态势，草地生产力呈增加趋势。降水量是影响该地区草地生产潜力的关键因子，未来“暖湿型”气候对兴海草地干物质生产有利，平均增产幅度为2～4%，而“冷干型”气候对草地的干物质生产最为不利，平均减产幅度为3～7%。若气温升高1～2℃ 、降水量增加10%～20%，则兴海草地的生产力将增加2%～4%。樊江文等（樊江文等，2010）［7］针对国务院于2005年批准实施的“三江源自然保护区生态保护和建设工程”，是否有所成效，利用GLOPEM模型对三江源地区1988－2005年的草地产草量变化动态进行分析，结果表明：18年来三江源地区草地生产力呈现出3－5年的周期性波动规律，总体呈增加趋势。郭连云，樊江文的研究表明在不论是自然还是人为引起的气候变化背景下，三江源地区草地生产力呈现增加的态势。

2 气候变化对中国草地生态系统碳库的影响

草地是陆地生态系统的重要组成部分，大气中CO2有相当大一部分被草地植被所固定，同时草地植被和草地土壤也向大气中释放CO2，尽管草地生态系统生物量的碳储量不如森林大，同时地上部分由于放牧、农垦等人为活动的影响循环较快，CO2源的作用较为明显，但草地植被的地下部分分解较缓慢，草地生态系统仍旧是一个明显的CO2库。

草地生态系统碳库包括植被生物量碳库和土壤有机质碳库，植被生物量碳库又包括地上生物量碳库和地下生物量碳库。有研究表明，中国草地生态系统碳储量约占世界草地生态系统碳储量的8%左右（Ni Jet al.，2001）［10］，占全国陆地生态系统的16.7%（方精云等，1996）［18］，它随气候变化的波动对生态系统碳循环将产生十分重大的影响。

对于中国草地生态系统的碳储量，不同研究给出的结果相差很大。根据Ni（Ni J et al.，2001）［10］的统计，中国草地生态系统碳储量为44.09PgC（1Pg＝1×1015g），与世界草地碳储存的分布特征一样，中国草地碳主要储存在土壤中，为41.03PgC，是植被层的13.5倍。Fan（Fan et al.，2008）［8］基于样带观测的方法，估计中国草地植被生物量碳库为3.32PgC，56.4%分布在青藏高原草地，17.9%分布在北方温性草原。方精云（方精云等，2010）对国内学者的研究从草地分类系统及资料来源、估算方法、地下生物量数据的缺乏三个方面剖析了研究结果存在差异的原因，并结合其研究组的工作，全面评价了中国草地生态系统碳库，结果显示：中国草地生态系统碳库约为29.1PgC，其中96.6%的碳储存于土壤有机质中。

在中国草地生态系统碳库的动态变化上，不同研究给出的结果差异也很大。有研究表明中国草地近20年来是碳汇：Piao等（Piao et al.，2007）［11］基于国家草地清查数据、NDVI序列数据，采用基于遥感的统计模型，计算得出1982－1999年北方草地地上生物量C库，结果表明草地地上生物量C库呈现增加趋势，平均增加量为1.01TgC／年；Piao等（Piao et al.，2009）［12］基于草地土壤有机碳密度与温度、降水、植被指数等因素建立的统计模型的估算表明，近20年中国草地土壤是一个碳汇。有研究表明近20多年来中国草地碳库年际波动较大，但并未发生增加或减少趋势：Ma等（Ma et al.，2010）［9］等基于连续22年（1982－2003）在内蒙古地面观测的结果，表明中国北方代表性草地群落的地上生物量在过去22年里呈现较大的年际波动，但并没有表现出增加趋势；Yang等（Yang et al.，2009）［13］基于2001－2004年间实测的405处土壤剖面信息，结合20世纪80年代的全国土壤普查资料，并借助卫星遥感数据估算出近20年青藏高寒草地土壤有机碳库没有发生显著变化；Yang等（Yang et al.，2010）［6］基于2001－2005年间实际调查的981个土壤剖面数据，并结合第二次土壤普查提供的275个剖面信息，在样地和样带两个尺度上评估出中国北方草地土壤有机碳库在过去20年间未发生显著变化。可见对于草地生态系统碳库在过去20年中，是否发生了变化，不同学者因研究方法、数据来源的不同结果差异很大。

3 结论

从国内学者对中国草地生态系统近几十年来生产力、碳库的变化研究中，可以看出：在气候变暖的背景下，降水量的增加会增加草地生产力，而降水量的减少会制约草地生产力；中国草地生态系统碳库约为29.1PgC，其中96.6%的碳储存于土壤有机质中；不同的学者因研究方法、数据来源不同，对草地生态系统碳库在过去20年中是否发生了变化有两种结论：一种结论为，草地生态系统碳库呈现增加趋势；另一种结论为，草地生态系统碳库没有发生显著的变化。

［1］百度百科［OL］.http：／／baike.baidu.com／view／104670.htm.

［2］IPCC.Climat change［A］.In：Houghton J H.The Scientific Basis，Contributio n o f Wor king GroupⅠto the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change［C］.Cambridge，United Kingdom：Cambridge University Press，2001.

［3］丁一汇.气候变暖 我们面临的灾害和问题［J］.2003，02（1）：19－24.

［4］樊江文，钟华平，梁飚等.草地生态系统碳储量及其影响因素［J］.中国草地，2003，25（6）：51－58.

［5］Yang Y H，Fang J Y，Tang Y H，et al.Storage，patterns and controls of soil organic carbon in the Tibetan grasslands［J］.Global Change Biol，2008，14：1592－1599.

［6］Yang Y H，Fang J Y，Ma W H，et al.Soil carbon stock and its changes in northern China’s grasslands from 1980sto 2000s［J］.Global Change Biol，2010，doi：10.1111／j.1365－2486.2009.02123.x.

［7］樊江文，邵全琴，刘纪远等.1988－2005年三江源草地产草量变化动态分析［J］.草地学报，2010，18（1）：5－10.

［8］Fan J W，Zhong H P，Harris W，et al.Carbon storage in the grasslands of China based on field measurements of above－and belowground biomass［J］.Climatic Change，2008，86：375－396.

［9］Ma W H，Liu Z L，Wang Z H，et al.Climate change alters interannual variation of grassland aboveground productivity：evidence from a 22－year measurement series in the Inner Mongolian grassland［J］.J Plant Res，2010，doi：10.1007／s10265－009－0302－0.

［10］Ni J.Carbon storage in terrestrial ecosystems of China：Estimates at different spatial resolutions an d their responses to climate change［J］.Climatic Change，2001，49：339－358.

［11］Piao S L，Fang J Y，Zhou L M，et al.Changes in biomass carbon stocks in China＇s grasslands between 1982and 1999［J］.Global Biogeochem Cy，2007，21：GB2002，doi：10.1029／2005GB002634.

［12］Piao S L，Fang J Y，Ciais P，et al.The Carbon balance of terrestrial ecosystems in China［J］.Nature，2009，458：1009－1013.

［13］Yang Y H，Fang J Y，Smith P，et al.Changes in topsoil carbon stock in the Tibetan grasslands between the 1980sand 2004［J］.Global Change Biol，2009，15：2723－2729.

［14］方精云，杨元合，马文红等.中国草地生态系统碳库及其变化［J］.中国草地，2010，40（7）：566－576.

［15］郭连云，吴让，汪青春等.气候变化对三江源兴海县草地气候生产潜力的影响［J］.中国草地学报，2008，30（2）：5－10.

［16］季劲钧，黄玫，刘青.气候变化对中国中纬度半干旱草原生产力影响机理的模拟研究［J］.气象学报，2005，63（3）：257－266.

［17］丁一汇，高素华.痕量气体对我国农业和生态系统影响研究［M］.北京：中国科学技术出版社，1995：148－166.

［18］方精云，刘国华，徐嵩龄.中国陆地生态系统碳库［A］.王如松，现代生态学的热点问题研究［C］.北京：中国科学技术出版社，1996：251－276.

［19］孙淼，徐柱，柳剑丽.内蒙古农牧交错区草地气候生产力对气候变化的响应［J］.草业科学，2011，28（6）：1085－1090.

［20］杨泽龙，杜文旭，侯琼等.内蒙古东部气候变化及其草地生产潜力的区域性分析［J］.中国草地学报，2008，30（6）：62－66.

［21］李镇清，刘振国，陈佐忠等.中国典型草原区气候变化及其对生产力的影响［J］.草业学报，2003，12（1）：4－10.

［22］牛建明.气候变化对内蒙古草原分布和生产力影响的预测研究［J］.草地学报，2001，9（4）：277－282.

［23］李存焕.短花针茅草原植物群落生产力与气候波动的关系［J］.内蒙古草业，2000，（1）：36－40.

［24］尹燕亭，侯向阳，运向军.气候变化对内蒙古草原生态系统影响的研究进展［J］.草业科学，2011，28（6）：1132－1139.