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北方温带草原样带实验
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科学问题

自工业化革命以来,由于人类活动(土地利用和化石燃料燃烧)加剧引起的全球气候和大气层组分变化对人类赖以生存的生态系统结构和功能产生深刻的影响,由此引起为人类提供的生态产品和服务的变化,并进一步严重威胁人类社会经济的可持续发展。气候变化(气候变暖和降水格局的改变)会影响陆地生物圈与大气层之间的碳交换途径(植物光合作用和呼吸作用、总生态系统生产力、生态系统呼吸、土壤呼吸等)以及其对温度和降水的敏感性,从而反馈于气候变化,加剧或减缓气候变化进程。本实验在北方干旱和半干旱区沿自然降水梯度选择三种类型温带草原(荒漠草原、典型草原和草甸草原),采用大型土块移植的方法,开展夜间增温和改变降雨对三种类型温带草原生物多样性和生态系统功能的影响。

   

   

实验设计

本实验于2013年在内蒙古自治区自西向东沿自然降水梯度分别在四子王旗、多伦县和东乌旗选取荒漠草原、典型草原和草甸草原三种类型草原,进行大型原状土块移植。每种类型的草原挖取18个原状土块,三种草原类型共计54个原状土块,每个土块大小为2.2m(长)×1.5m(宽)×1.2m(高)。将每个原状土块的四周和底部用钢板固定后都运送到位于多伦县的中国科学院植物研究所恢复生态学试验示范研究站。来自同一类型草原的18个土块分成3个小区,每个小区有6个土块,然后按照 3(草原类型)×3(每种草原类型的小区数)拉丁方设计将土块排列好并埋于土中,使土块的上表面与四周填埋土的上表面相平,每相邻两个小区之间的距离均为2m。每年的6-9月份采用拱形遮雨棚对该样地进行完全遮雨后再进行相应的实验处理。共设置6种处理:对照(每种草原类型土块挖取地的多年平均降水)、夜间增温、增加30%降水量、减少30%降水量、夜间增温+增加30%降水量、夜间增温+减少30%降水量,每种处理设置3个重复,即每个小区的6个土块分别随机进行6种实验处理。

(1)增温处理

采用红外辐射器进行野外增温实验,实验中将红外辐射器悬挂于原状土块上方2m处均匀加热增温样地。夜间增温的时间是晚上18:00至第二天的凌晨06:00。每年3月16日开始夜间增温处理到当年的11月15日处理结束,共持续处理8个月。

(2)降水控制操作

每年的6-9月份采用拱形遮雨棚完全遮盖样地,不接受自然降水。降水是根据每种草地类型当地50年的年均降水,选择其中连续5年降水较接近50年的年均降水,在每年的6-9月份进行相同强度和频度的降水。增加降水样地在当年降雨量的基础上增加30%的降雨量,减少降水样地在当年降雨量的基础上减去30%的降雨量。遮雨棚是每年的5月底搭建,10月底拆除,拆除遮雨棚后,三种类型温带草原接受多伦研究站当地的自然降水。

   

基金支持

科技部重大研究计划(2013CB956301)

国家自然科学基金重点项目(31430015)

 

实验人员

李英、钟明星、周振兴、王佳佳

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