5.1　引言

当前干扰格局和全球变化对生态系统可用资源施加了一系列影响，对生态系统生产力造成了严重影响（Van der Molen等，2011）。降水是干旱和半干旱区草地植被生长的调控因子（Chaves等，2002）。干旱导致区域生态系统碳蓄积量和碳固定的显著降低（Reichstein等，2013）。在干旱期间，生产力的变化程度取决于植物对获取有效水分的生理响应（Meir和Ian Woodward，2010；Meir等，2008）和植被结构的变化（Fisher等，2007；Schymanski等，2008）。随着干旱的不断加剧，草原碳库和草原碳汇的作用将变得越来越难以维护，具有较高的时空变化和气候变异性（Ciais等，2005；Soussana和Lüscher，2007）。草地年际碳平衡，一方面受干旱发生的时间和持续时间、强度和影响面积是影响植被生产力和碳固定的至关重要的因素；另一方面取决于草地草本植物生产力和植被本身碳库存以及生态系统结构特征（Shinoda等，2010；陈晓鹏和尚占环，2011）。干旱的频率、土壤性质、降水的频率和强度对土壤水分的滞后效应高达2年之久，直接加剧NEE异常达40%（Van der Molen等，2011）。在干旱之后月尺度到年尺度生态系统功能的改变还存在一定的不确定性，是揭示草地植被对干旱响应和适应机制的关键和核心（Van der Molen等，2011）。Xiao等（2009）发现严重持续干旱显著影响着草地生态系统碳循环，草地生态系统数十年累积的碳库可能被一场严重干旱抵消（Xiao等，2009），而且不同类型草地生态系统对干旱的抵抗能力不同（Koerner，2012）。

事实上，由于干旱的缓发性，水分亏缺对草地生态系统影响的累积效应随着干旱的持续时间和强度的增加逐渐增大（Jentsch等，2007）。由于生态系统本身具有一定的适应性和抵抗性，只有当干旱超过生态系统可承受的临界点才会造成一定的影响（Jentsch和Beierkuhnlein，2008）。轻度的干旱或水分亏缺对植被产生有限的影响（Tourneux和Peltier，1995）、正面影响或干旱前后植被状态无差异（Chaves等，2002；Ribas-Carbo等，2005）或对碳同化和气孔导度影响较小（Dos Santos等，2006）。大量证据表明，生态系统可以抵御短期极端事件或中等程度干旱的影响，而且不同等级的干旱事件造成的影响是不一样的（Jentsch和Beierkuhnlein，2008；Kreyling等，2008；Xiao等，2009；Xu和Zhou，2008；Yachi和Loreau，1999）。还有其他学者研究发现，即使草地生态系统面对当地的极端干旱事件，草地生态系统的生产力依然保持不变（Fay等，2000；Jentsch和Beierkuhnlein，2008；Kreyling等，2008）。这些可能是由于草地土壤碳对极端事件的缓冲作用（Fynn等，2010；Milne等，2010），植被和土壤之间的交互作用（Bloor和Bardgett，2012），物种间相互协作（Gilgen和Buchmann，2009；Mirzaei等，2008）以及在CO2浓度升高的背景下干旱时期植被水分利用效率的提高（Signarbieux和Feller，2012；Soussana和Lüscher，2007）等。由于生态系统本身的脆弱性，随着干旱严重程度的进一步发展，干旱对生态系统造成的影响也增大，然而造成的这种影响是生态系统所不愿接受的，即所谓的“不可接受的影响”（unacceptable impact）（Gallopín，2006；Smitand Wandel，2006）。因此，本书重点关注中等以上干旱对草地生态系统产生的影响，忽略轻度干旱生成的影响。

干旱对社会经济生态造成了严重的影响，已引起世界各国的广泛关注（Bonsal等，2011；Sternberg，2012）。目前，国内外对干旱的损失评估主要集中在农业方面（包括种植业和畜牧业），其他方面的干旱损失研究较少，如生态和城市生活用水（Ding等，2011）。高志强等以土地利用数据和气候数据驱动生态系统过程模型，定量估计土地利用和气候变化对农牧过渡区净初级生产力、植被碳贮量、土壤呼吸和碳贮量以的影响（Gao等，2005）。Chen等利用生态学过程模型分析了美国南部地区1895—2007年的干旱对生态系统功能的影响，发现极端干旱条件下净初级生产力的降幅达40% （Chen等，2012）。Hao等基于内蒙古草地生态系统长期观测站观测资料对比分析了干旱年和湿润年碳交换的差异（Hao等，2008）。一些学者利用草原站点数据统计分析了干旱对草原地上生物量的影响（Bloor等，2010；Schmid等，2011）。白永飞、袁文平等分别基于多年草地群落初级生产力和降水数据，建立了年降水量及其季节分配对植物群落初级生产力影响的积分回归模型，能够较好反映二者之间的一般规律（白永飞，1999；袁文平和周广胜，2005）。(https://www.daowen.com)

多数学者从生态系统功能角度研究气候变化对生态系统的影响，通过对比评估标准分析干旱的影响。目前，还未建立干旱对草地生产力影响的定量评估方法，尤其是未分析不同等级干旱和不同草地类型NPP变化的定量关系。因此，本章主要基于SPI干旱指数和Biome-BGC模型，利用第4章建立的正常年NPP多年平均法研究干旱和草地生产力之间的关系。具体内容和目标如下。

（1）定量估算不同等级不同等级干旱事件对不同类型草地生产力的影响。

（2）探讨不同等级干旱与不同类型草地生产力变化之间的关系。