6.4 降水和温度对草地生产力的交互影响
本书通过不同情景模拟试验，研究了近50年内蒙古草地区域生产力的平均变化趋势，如图6-2所示。总体上，近50年内蒙古草地区域NPP平均值无显著变化趋势（p＞0.05）。近50年草地生产力在CLM试验模式下，区域NPP平均值未呈现出显著变化的趋势（R2＜0.05）。在当前气候变化格局下，近50年内蒙古草地生产力的区域NPP平均值由1961年的211.33gC/（m2·a）变为2012年的366.93gC/（m2·a），其趋势为-4.73gC/（m2·10a），如图6-2（b）所示。这表明当前的气候变化格局对内蒙古草地生产力的增加起轻微负面作用。近50年草地生产力在仅降水变化（PREC）试验模式下，区域NPP平均值也未呈现出显著变化的趋势（R2＜0.05）。在仅降水变化的情况下，近50年内蒙古草地生产力的区域NPP平均值由1961年的278.88gC/（m2·a）变为2012年的343.83gC/（m2·a），其趋势为-6.17gC/（m2·10a），如图6-2（c）所示。这表明当前的降水变化格局对内蒙古草地生产力的降低起一定的负面作用。然而，近50年草地生产力在仅温度变化（TEMP）试验模式下，区域NPP平均值呈现出显著增加的变化趋势（R2＞0.05）。在仅有温度变化的情况下，近50年内蒙古草地生产力的区域NPP平均值由1961年的228.48gC/（m2·a）变为2012年的235.12gC/（m2·a），其趋势为0.59gC/（m2·10a），如图6-2（d）所示。这表明当前的温度变化格局（升温）对内蒙古草地生产力的增加起显著正面作用。总体上，当前气候变化背景下近50草地生产力呈下降的轻微趋势，这揭示了降水变化对NPP的降低作用大于温度变化对NPP的增强作用。因此，当前的气候变化格局对内蒙古草地生产力起负作用，在一定程度上可能加剧了干旱对草地生态系统的影响。
然而，当前气候变化改变了草地NPP对干旱响应的作用不容忽视，如图6-3和图6-4所示。降水和温度变化对草地NPP产生显著的交互影响（p＜0.05），近50年内蒙古草地生产力的区域NPP平均值由1961年的-207.51gC/（m2·a）变为2012年的-212.02gC/（m2·a），其趋势为-1.96gC/（m2·10a）。因此，评估干旱对草地生态系统的净影响时，必须考虑当前气候变化（降水和温度改变）产生的干扰。同时，由上文分析得知，近50年干旱对草地NPP存在显著的降低作用（p＜0.05），但是干旱对区域NPP的影响在显著降低（p＜0.05），其变化幅度的由1961年的71.37gC/（m2·a）变为2012年的41.81gC/（m2·a），其趋势为-7.44gC/（m2·10a）。这表明近50年干旱对草地生产力的负作用在逐渐减弱，促进作用在加强。大多数情况下，20世纪的气候模式对森林生态系统生产力的增长起促进作用（Boisvenue和Running，2006）。在美国中西部草原，一些学者也发现气候变化对草地NPP的影响是正促进的趋势（Twine和Kucharik，2009）。在美国南部，Chen等也发现温度变化能够增强或减弱干旱对不同类型生态系统NPP的影响，降水和温度变化的交互作用增强了干旱对森林生产力的影响并导致生产力下降加重，但是同时减弱了干旱对农田和湿地生态系统生产力的影响。随着草地生态系统1895—2007年干旱严重性的降低，草地NPP显著上升，正好佐证了干旱造成草地生产力变化幅度的减小（Chen，2010；Chen等，2012）。在当前气候变化模式下，近50年干旱对内蒙古草地生产力的负作用降低。
图6-2 在CLM、PREC和TEMP试验模式下内蒙古草地区域平均生产力的年际变化趋势图
图6-3 近50年降水和温度变化对内蒙古草原草地生产力的交互影响图
(https://www.daowen.com)
图6-4 近50年干旱对区域草地生产力的净影响图
从图6-2和图6-3可以看出，尽管温度变化对区域NPP变化的幅度有显著影响（p＜0.05），但区域NPP平均值的年际变化主要由降水的波动控制的。NPP的最高值发生在最湿润的年份，最低值出现在最干旱的年份。如表6-2所示，在当前CLM试验模式下，2005年的极端干旱年区域NPP平均值仅为247.21gC/（m2·a），与正常年（2007年）相比降低了41.51gC/（m2·a），与湿润年（1964年）相差更大，结果为127.05gC/（m2·a）。在PREC试验模式下，2005年的极端干旱年区域NPP平均值仅为223.26gC/（m2·a），与正常年（2007年）相比降低了55.84gC/（m2·a），与湿润年（1964年）相差更大，结果为105.52gC/（m2·a）。在TEMP试验模式下，2005年的极端干旱年区域NPP平均值仅为228.92gC/（m2·a），与正常年（2007年）和湿润年（1964年）相差不大，分别为0.62gC/（m2·a）和-0.35gC/（m2·a）。在典型干旱年、正常年和湿润年区域NPP平均值差异分析的基础上，对3种年度的平均态进行统计分析，如表6-3所示。基于区域SPI_12数据，对内蒙古草地50年中干旱年、正常年和湿润年进行分类。在当前CLM试验模式下，干旱年区域NPP平均值为266.49gC/（m2·a），与正常年[294.87gC/（m2·a）]相比降低了28.38gC/（m2·a），与湿润年[333.38gC/（m2·a）]相差更大，结果为66.89gC/（m2·a）。在PREC试验模式下，干旱年区域NPP平均值仅为250.38gC/（m2·a），与正常年[282.11gC/（m2·a）]相比降低了31.73gC/（m2·a），与湿润年[318.98gC/（m2·a）]相差68.6gC/（m2·a）。在TEMP试验模式下，干旱年区域NPP平均值仅为226.17gC/（m2·a），与正常年[226.71gC/（m2·a）]和湿润年[226.67gC/（m2·a）]相差不大，分别为0.54gC/（m2·a）和0.50gC/（m2·a）。因此，内蒙古干旱对草地生产力的影响主要是由降水亏缺控制的，但是温度和降水对干旱的影响存在显著的干扰。Sui等也通过全球变化因子敏感性模拟试验发现降水变异是中国北方温带草地生产力降低的主要影响因子（Sui和Zhou，2013）。
表6-2 基于年干旱强度数据在不同试验方案下典型年NPP值对比表
表6-3 基于年干旱强度数据在不同试验方案下典型年NPP区域平均值对比表
注： *表示通过了0.05显著性水平检验，（ ）表示标准差。
