自工业革命以来，大气的CO2浓度以前所未有的速度增加，已经由280μmol mol-1升高到了360μmol mol-1。据预测，到下个世纪中／末期，CO2浓度将为目前的二倍。CO2浓度升高及其引起的全球气候变化必将影响到植物的生长发育，进而对整个生态系统产生巨大影响。因此，有关CO2浓度升高对各类生态系统的影响的研究引起了广泛关注，成为近年来的研究热点。早期的研究多数集中于考察CO2浓度升高对植物个体水平生长发育的影响。然而，高CO2对植物的效应严重依赖于具体物种和具体环境条件，使得基于由短期盆栽实验获得的研究结果不能够有效地预测自然生态系统的行为。因此，长期、原位处理实验越来越受到重视。由于原位研究的难度较大，目前这方面的研究还不是很多。有限研究结果显示，由于生境条件和种间关系方面的巨大差异，自然生态系统对CO2浓度升高的反应迥异。草原生态系统由于CO2浓度控制上比较容易实现，而且其物质循环相对较快，因而一直是CO2富集实验研究最多的一类植被，生态系统水平的研究更是如此。然而涉及的区域和草原类型并不多，不足以进行可靠预测。目前，关于CO2升高效应，研究比较系统的草原生态系统主要集中在：美国Kansas的高草草原、美国California的一年生草原、瑞士西北部的石灰质草原、美国Colorado的矮草草原和一些牧场。我国总土地面积的40％为草地，类型丰富，然而相关研究不多，尤其是对自然生态系统的原位研究几乎为空白。为揭示CO2浓度升高对羊草草原生产力和碳平衡的效应，我们在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的永久羊草样地开展了两年的CO2倍增实验(2001，2002) 。在羊草样地选择相对均匀地段设置12个开顶式气室(直径1． 8m)，每个气室内分成4个小样方(0． 5m×0． 5m)，其中6个气室在生长季给予加倍CO2处理(约600μmol mol-1) ，另6个气室不补充CO2(约300μmol mol-1) 。地上部分用收割法取样，分种记录数量、高度和重量等指标，地下部分取样用环刀法。用Li-cor6400光合系统测定群落光合和呼吸速率。野外实验结束后，统一分析植物和土壤样品中的C、N等元素含量。另外，在内蒙古草原站院内设置了两组桶培实验，一组是取自羊草样地的带苗原状土，一组是取自羊草样地的混匀土，种上冰草(Agropyron cristatum)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和无芒雀麦(Bromus inermis)的种子。2组桶培实验分别用两个水分梯度和两个CO2梯度处理。水分处理分别为:浇水处理—每4天浇IO00ml水，相当于平均降雨量的160%;干旱处理—持续干旱，适时补水以保持植物不萎蔫，共浇水400Oml水。COZ处理和取样方法与样地原位实验相同。主要研究结果和结论如下:l)两年的CO:加倍处理没有使羊草草原的生物量、植物种和功能型组成发生显著改变， 桶培实验中，浇水处理显著促进了植物生长，原状土植物、种子苗实验的冰草和无 芒雀麦对CO:加倍处理同样不敏感，而种子苗实验的豆科植物紫花首稽在CO:加倍 处理下生物量显著提高。以上结果显示，由于水分和养分(特别是N)的限制，以 及优势植物对CO:的相对不敏感，CO:浓度升高对羊草草原地上生物量和结构的效 应相对不大。2)羊草草原的根垂直分布在加倍CO:条件下发生显著改变，但根生物量对CO:加倍处 理相对不敏感。在4次取样中只有一次对CO:加倍处理表现出显著变化，根长的变 化与根生物量的变化不完全一致，根的比根长在加倍CO:条件下增加。根垂直分布 的变化趋势与降雨的时间分布相适应，干旱少雨时期CO:使下层根量增加，多雨时 期CO:则使上层根量增加。以上结果显示，根的空间分布比根生物量对CO:加倍处 理更敏感。水分是根空间分布变化的驱动因子，加倍CO:条件下，根空间分布的变 化趋势倾向于优化对水分的充分利用。3)加倍CO:处理使羊草草原的群落光合速率显著提高，群落呼吸速率显著降低，因而 使群落碳净输入量增加。土壤碳贮量占羊草草原碳总贮量的70%以上，碳总贮量及 其组分(包括地上碳贮量、根碳贮量、土壤碳贮量)在两个CO:浓度处理之间均没 有显著差异。另外，加倍CO:处理使羊草草原群落及其优势植物羊草的C:N比增加。 以上结果显示，在加倍CO:条件下羊草草原的碳净输入量增加，这意味着在未来高 CO:条件下，羊草草原将作为碳汇对大气CO:起反馈调节作用。其碳贮量对加倍COZ 处理的不敏感与许多以前的研究结果相似，一般认为是由于土壤碳贮量本底太大， 掩盖了CO:效应，这还有待于更长期原位实验的证实。羊草草原群落C:N比在高COZ 浓度下的变化将影响凋落物降解、N素循环和动植物营养关系等，进而对生态系统 功能产生深远影响。关键词:生物量、种类组成、碳贮量、C02交换、COZ浓度升高、羊草草原、开顶式气室、光合速率、呼吸速率