6.2　实验设计与评估方法

本书借鉴田汉勤等研究陆地生态系统碳通量对单一环境因子（如历史CO2浓度、降水、温度和土地利用）的敏感性分析实验设计方案，探讨干旱单一因子对草地生产力的净影响（Chen等，2012；Tian等，2012；Tian等，1999）。Sui等基于生态过程模型设计了历史CO2浓度、降水和温度变化等因子敏感性试验，研究了中国温带草原碳收支对气候和CO2浓度变化的敏感性（Sui和Zhou，2013），多因子敏感性模拟试验成为研究单一因子影响效应和多因子影响效应的重要方法（Norby和Luo，2004）。为了消除历史CO2浓度变化对碳通量的影响，根据NASA公布的1959—2012年CO2浓度数据，本书取模型运行起始年1961年CO2浓度水平值为317.419 ppm，氮沉降采用区域1980s的水平值0.000411kgN/（m2·a）（Liu等，2013），以Biome-BGC模型为工具，以NPP为碳收支的评价指标，基于多种情景模拟实验，通过分析温度、降水变化对草地碳通量的影响，定量分析单一气候因子对草原生产力的影响，辨识近50年干旱对内蒙古草原生产力格局的定量影响，揭示不同草原类型对干旱的响应差异；通过不同因子模拟实验进行干旱条件的设计，将全气候因子（降水、温度）和CO2浓度及氮沉降历史某一时间水平值、降水（其他气候因子取平均）变化、温度（其他气候因子取平均）变化三种不同情景数据分别输入Biome-BGC模型模拟近50年内蒙古草地NPP的变化，评价不同情景下内蒙古草地碳收支的变化，实验设计方案如表6-1。其中CLM试验模式下，分别为全气候因子（降水、温度）和CO2浓度及氮沉降历史某一时间水平值做试验对照组，在区域尺度逐个栅格单元模拟1961—2012年NPP的变化。降水（其他气候因子取平均）变化试验组，主要探讨在只有降水变化的情景下，分析1961—2012年草地NPP的变化对降水的响应。温度（其他气候因子取平均）变化试验组，主要探讨在只有温度变化的情景下，分析1961—2012年草地NPP的变化对温度的响应。而干旱是对近50年草地生产力的净影响进行刻画：干旱对NPP的净影响分析等于将全气候因子和历史平均CO2浓度及氮沉降变化情景模拟的影响减去温度和降水变化情景模拟的影响得到二者共同作用产生的交互影响，再加上降水变化情景模拟的NPP变化（Chen，2010）。主要过程如下。

（1）分别模拟CLM、PREC、REMP试验情景下，1961—2012年草地NPP的变化。

（2）降水和温度对生产力的交互影响（Interactive Effect）=CLM-PREC-TEMP，表明这种交互影响来自于温度和降水同时变化。

（3）干旱对生产力的净影响=交互影响+PREC，表明干旱的影响来自于降水和温度的变化。(https://www.daowen.com)

表6-1　不同因子敏感性模拟实验设计

本书通过不同生理生态参数区分不同草地类型，设置不同因子模拟情景实验输入Biome-BGC模型，层层剖解干旱对不同草地类型NPP的变化趋势及其差异，辨识近50年干旱对内蒙古不同草地类型碳收支的定量影响，进一步揭示不同草地类型对干旱的响应差异。在研究干旱对不同草地类型碳源汇的定量影响的基础上，以近50年NPP的变化为评价标准，刻画干旱对内蒙古温带草原碳总收支的定量影响。