6.6 近50年干旱对区域草地生产力的净影响
在站点尺度上，本书分析了近50年单一干旱对不同类型草地生产力的影响，本小节从区域尺度进一步分析干旱对草地生产力的净影响。从近50年总体损失水平分析，干旱单一因子造成的内蒙古草地NPP总损失在-1140.30～15003.30gC/（m2·52a）范围内变化，其中典型草原NPP损失最严重。整体上，大约72.9%的区域因干旱造成的NPP损失比较大，主要分布在草甸草原东部和东南部、典型草原中部和东北部以及荒漠草原东部，仅有27.1%的区域出现NPP轻微增加的现象，主要分布荒漠草原的西部。干旱对草地生产力的影响存在较大的空间异质性。这种空间差异的主要原因可能是草地对气候和生物量动态年际变化的敏感性（Flanagan等，2002；Meyers，2001；Niu等，2009），以及在区域尺度草地生态系统过程对气候和大气组成改变的响应理解不足所致（Wever等，2002）。
气候变化在一定程度上干扰着干旱对草地生态系统的作用，使干旱对草地生态系统的影响更复杂。如图6-6所示，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），可见与干旱在全球变化背景下对草地的混合影响相比，干旱单因子的净影响中典型草原NPP损失最严重，草甸草原次之，损失最小的是荒漠草原。干旱对草地生产力的净影响沿草甸草原—典型草原—荒漠草原的梯度变化呈现“两头低，中间高”的现象。其他学者也发现了气候变化显著改变了干旱对草地生产力的格局（Sui和Zhou，2013）。因此，为了还原干旱单因子对草地生产力的净影响，气候变化因子对干旱影响的干扰是有必要剔除的。
图6-6 近50年单一干旱对区域不同类型草地NPP造成的总损失图示(https://www.daowen.com)
基于SPI_3识别了52年内蒙古草地干旱状况。内蒙古干旱次数为36～61次，主要分布在草甸草原中东部、典型草原的大部分区域和荒漠草原的东北部。干旱平均强度为-1.20～-2.28次，比较严重的区域主要分布在草甸草原中部和东部、典型草原的中部和西部大部分区域以及荒漠草原的东部和南部。干旱平均强度为-1.20～-2.28次，比较严重的区域主要分布在草甸草原中部和东部、典型草原的中部和西部大部分区域以及荒漠草原的东部和南部。干旱持续时间为122～182月/52a，干旱持续时间比较长的区域主要分布在草甸草原中部和西部、典型草原的西部、中部和北部大部分区域以及荒漠草原的东北部。无论是干旱的次数、强度和持续时间典型草原都比草甸和荒漠草原严重，这与近50年草地总体干旱平均强度分布基本一致：荒漠草原西部干旱比较轻，荒漠草原东部，典型草原的西部、中部和南部以及东北部，草甸东南部和西部都是干旱频发的区域，干旱强度高且持续时间比较长。Sui等发现内蒙古草甸和荒漠草原NPP对降水变化的敏感性高于对温度变化的敏感性，典型草原对温度变化的敏感性高于草甸和荒漠草原，同时草地生产力的变异主要是有降水的变化控制的（Sui和Zhou，2013）。而且草甸草原和荒漠草原的降水在增加，典型草原的降水在减少而温度在上升，这可能导致典型草原NPP下降比草甸和荒漠草原NPP下降严重。
不同类型草地NPP对干旱的净响应存在较大差异。对于草甸草原，NPP损失比较严重（NPP变化为正值的区域）的区域面积百分比约为95.4%，主要分布在草甸草原北部、中部和西部，在东北和东南部仅有4.6%区域出现NPP增加（NPP变化为负值）的现象，这与近50年草甸草原干旱发生次数、强度和持续时间的分布基本吻合，北部、中部和西部干旱比较严重，东北和东南部相比较轻。对于典型草原，NPP损失比较严重（NPP变化为正值）的区域面积百分比为91.6%，主要分布在典型草原中部和南部，在西北部、西南部和东北部仅有8.4%区域出现NPP增加（NPP变化为负值）的现象。而干旱发生次数、强度和持续时间的基本态势也是中部和南部及东北部比较严重，东南部干旱相比较轻。对于荒漠草原，NPP损失比较严重（NPP变化为正值）的区域面积百分比约为36.8%，主要分布在荒漠草原东南部和东北部，在西部却有63.2%区域出现NPP轻微增加（NPP变化为负值）的现象。荒漠草原东南部和东北部比较严重，而西部干旱比较轻微，未达到严重级干旱程度。荒漠草原能抵抗比较严重干旱的干扰，而未造成荒漠草原生态系统的严重退化或者系统崩溃，且基于前面不同等级干旱对荒漠草原的影响分析，严重及中等干旱对荒漠草原NPP造成的影响较小，反而在干旱时植被的水分利用效率得到提高，故未对荒漠草地NPP造成严重影响（Scott等，2010；Signarbieux和Feller，2012；Soussana和Lüscher，2007）。同时，基于前面荒漠草原西部降水整体增多的情况，发现西部地区适当的干旱干扰反而促进了荒漠草原西部NPP略微增加，同时也表明在不同草地类型，适当的干旱干扰在一定程度上促进了草地生态系统水分利用效率的提高，进而促使草地生产力提高。
气候变化在一定程度上增加了干旱对草地生产力影响的不确定性，气候变化的进一步加剧使干旱对草地影响的不确定性增加（Luo等，2008），也增强了草地生态系统的脆弱性（Christensen等，2004；Stocker等，2013）。气候变化以不同的方式影响着草地生态系统，并不等同于单个因子作用的累计（De Vries等，2012），本书研究的结果也表明干旱、降水和温度变化对生态系统的影响并不是几个因子影响结果的简单代数和，而是存在复杂的交互影响。在内蒙古温带草地，降水增加能显著增加NPP的变异（张峰等，2008）。中国北方草甸草原、典型草原和荒漠草原对降水变化的响应幅度存在差异（Sui和Zhou，2013；IGBP，2006），本书的研究结果也表现出了同样的响应差异。中等干旱和变暖并未增强草地生态系统对后续极端干旱的抵抗力和恢复力（Zavalloni等，2008），然而，升温和极端干旱能够强烈刺激草地土壤有机碳的分解，主要通过刺激土壤微生物活性、根部活动和氮矿化速率增强土壤呼吸，进一步降低生态系统固碳功能（Melillo等，2002；Pendall等，2004；Rustad等，2001；Sanaullah等，2012）。同时，还有人发现干旱并没有降低生态系统NPP，可能是因为升温促进了植被光合作用从而抵消了干旱对NPP的负影响（Xiao等，2009；Zavalloni等，2008）。气候变暖与升高的CO2浓度能够在一定程度上增加半干旱区草地的土壤水分含量和生产力（Morgan等，2011）。本书研究发现的荒漠和草甸草原部分区域NPP增加的现象正好佐证了这一结论。温度升高2℃，能够导致C3草原固碳能力下降，促进C3-C4和C4草地固碳能力增强（Seastedt等，1994）。在本书中，不同草地生态系统对干旱、降水和温度变化的响应也存在较大差异，在内蒙古草原，降水变异是草地生产力年际波动的主要驱动因素（Hu，2010；Zhou等，2002b；马文红等，2010），降水减少和升温导致了生态系统出现严重水分亏缺，使NPP下降严重（Zhang等，2011）。本书研究的结果也表明，干旱对内蒙古草地生产力的影响主要是由降水亏缺变异引起的。
