前言
全球气候变化与陆地生态系统碳循环是当前全球变化研究的重要内容。随着全球气候变化的加剧，近年来，世界范围内的干旱灾害发生频率和影响面积不断增加。IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，联合国政府间气候变化专门委员会）在其系列评估报告中指出，在干旱和半干旱区域，未来干旱风险有不断增强的趋势。内蒙古草原位于我国东北样带环境敏感区，干旱发生频繁、强度大、持续时间长，对内蒙古草原生态系统碳循环产生了重大影响。内蒙古草原是研究干旱对草地生产力影响的典型区域，干旱也会对草地生态系统的组成、结构和功能等方面造成影响，影响程度远比全球变化平均梯度格局改变的影响更为深远和严重，严重威胁着草地生态系统生产力的可持续发展。在可预见的将来，干旱的变化趋势是发生更加频繁、等级更高、持续时间更长，可能超出生态系统能够承受的压力阈值，对生态系统碳循环过程产生更加强烈的影响。因此，急需一种评估全球气候变化背景下干旱对草地生态系统造成严重后果的科学方法，为防灾减灾、科学抗旱及草地生态可持续发展提供科学依据。
草地生态系统是干旱影响的主要承灾体，严重的干旱灾害造成草地生产力显著下降。长期以来，如何科学评估干旱对草地生态系统生产力造成的影响是比较棘手的问题。本书以不同草地生态系统为研究对象，以NPP（NetPrimary Production，净初级生产力）为评价指标，基于植被生长机理的动态模型Biome-BGC和SPI（Standardized Precipitation Index，标准化降水指数）干旱指数，在通量数据和模型优化的基础上，模拟内蒙古自治区近50年（1961—2012年）不同类型草地（荒漠、典型和草甸草地）植被的生长过程，采用正常年多年NPP的平均值作为干旱影响的评估标准，研究了不同等级干旱事件对不同类型草地NPP变化的定量影响及其响应关系，探讨了气候变化背景下近50年干旱单因子对草地生产力的净影响。本书的主要结论及创新如下。
1.近50年草地干旱强度和生产力均无明显变化趋势
内蒙古草原干旱发生频率高，属于干旱高危区。在时间尺度上，近50年内蒙古草地的干旱强度无明显的变化趋势，干旱持续时间（-0.28月/10a）和影响面积（-1.5%/10a）均有显著下降的趋势；92.8%的区域12monthSPI（SPI_12）无显著的变化趋势（p＞0.05）。不同等级干旱的发生频率差异较大，中等、严重和极端干旱发生频率分别为1.26～4.33年/次、1.73～10.2年/次和3.71～52年/次，且空间分布具有较大差异。同样，近50年草地NPP的年际变化趋势并不显著，略呈降低趋势[-4.73gC/（m2·10a）]。其中，92.7%的区域草地NPP在总体上也无显著变化的趋势（p＞0.05）。不同地区的草地NPP变化速率存在差异，草甸、典型和荒漠草原NPP的变化速率分别为-0.97～3.23gC/（m2·10a）、-1.30～4.35gC/（m2·10a）和-0.37～4.48gC/（m2·10a）。
2.不同等级干旱对草地生产力造成了不同程度的影响，且对不同类型草地生产力的影响程度存在较大差异
研究发现，干旱是造成草地NPP年际波动的主要胁迫因子之一。不同等级的干旱对同一类型草地的影响存在显著差异，同一等级干旱对不同类型草地生态系统的影响也存在较大差异。中等干旱事件所造成的草甸、典型和荒漠草原NPP的平均损失分别为21.15gC/（m2·a）、20.38gC/（m2·a）和9.51gC/（m2·a）；严重干旱事件造成的草甸、典型和荒漠草原NPP的平均损失分别为32.99gC/（m2·a）、36.29gC/（m2·a）和14.57gC/（m2·a）；极端干旱事件造成的草甸、典型和荒漠草原NPP的平均损失分别为49.16gC/（m2·a）、52.61gC/（m2·a）和59.82gC/（m2·a）。中等和严重干旱对荒漠、典型和草甸草原NPP造成的损失自西向东沿荒漠—典型—草甸的梯度变化逐渐增大，而极端干旱造成的NPP损失沿荒漠—典型—草甸的梯度变化逐渐降低。
不同类型草地NPP的变化随着中等—严重—极端干旱等级的变化呈指数增长关系。在发生中等和严重等级干旱时，荒漠草原NPP对干旱的响应速率低于草甸和典型草原NPP的变化速率，但是在极端干旱条件下，荒漠草原NPP对干旱的响应速率高于草甸和典型草原NPP的变化速率。根据草地生产力退化评估标准，在中等和严重等级的干旱条件下荒漠草原具有较强的抗逆能力，一定程度上基本可以抵御干旱影响，但在极端干旱条件下会发生草地生产力严重下降和草地的退化。不同等级干旱事件对典型和草甸草原NPP造成的绝对损失量虽然较大，但整体上未造成草甸和典型生态系统生产力的退化。(https://www.daowen.com)
3.近50年干旱对草地生产力净影响显著，且对不同类型草地生产力的影响存在较大差异
剔除了气候变化（降水和温度）因子的交互作用对干旱影响的干扰，进一步厘清了近50年干旱对草地NPP的净影响。在区域尺度上，近50年干旱单一因子造成的NPP总净影响在-1140.30gC/（m2·52a）～15003.30gC/（m2·52a）范围内变化。干旱对不同草地类型NPP的影响存在差异，对草甸、典型和荒漠草原NPP损失（NPP变化为正值时）较为严重的区域面积百分比分别约为95.4%、91.6%和36.8%；干旱造成草地NPP增加（NPP变化为负值时）的区域面积百分比分别为4.6%、8.4%和63.2%。近50年干旱对草甸、典型和荒漠草原NPP的区域平均净影响分别为7005.73gC/（m2·52a）、8466.10gC/（m2·52a）和4753.25gC/（m2·52a）。干旱单因子对草地生产力NPP的净影响程度，沿草甸草原—典型草原—荒漠草原的梯度变化呈现出“两头低，中间高”的现象。在内蒙古自治区，干旱对草地生产力的影响主要是由降水亏缺引起的，但温度和降水对干旱的影响存在显著干扰（p＜0.05），而且降水对NPP的负影响大于温度施加的正作用。近50年来，干旱对内蒙古草地生产力的影响幅度在逐渐减弱。在区域尺度上，当前的气候变化格局变动对内蒙古草地生产力变化总体上起负作用，并在一定程度上加剧了干旱对草地生态系统的影响。
面向干旱对草地生产力造成的影响进行定量评估这一科学问题，本书以干旱指数和生态过程模型为工具，在利用通量观测数据进行模型精确校准的基础上，模拟了近50年来内蒙古草原NPP的变化。研究定量估算了各等级干旱事件对不同草地类型NPP变化的影响，揭示了各类草地对不同干旱事件的生产力响应差异，进一步厘清了近50年干旱单一因子对NPP造成的净影响。本书的研究工作可为我国防灾减灾和内蒙古草原社会经济、草地生态系统可持续发展提供重要理论和技术支撑。
本书获得“十三五”国家重点研发计划项目 （2017YFB0504105）、国家自然科学基金 （41601569）和“十三五”国家重点研发计划项目（2017YFC1502404、2017YFB0503005）资助，并入选“遥感青年科技人才创新资助计划”。
鉴于作者水平有限，书中不足和错误之处在所难免，恳请广大读者批评指正，不胜感谢。
著者
2019年12月
