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自工业革命以来,由于土地利用变化和化石燃料燃烧等人类活动导致大气温室气体含量急剧上升,进而引发了全球范围内的气候变暖。IPCC预测表明,在过去的130年间,地球陆地表面温度已显著提升了0.85oC,并且预计至本世纪中期和末期会使地球表面温度分别继续增加1.4~2.6和2.6~4.8oC。进一步的研究显示气候变暖具有显著的季节不对称性,表现为春季和秋季增温趋势更加强烈。模型研究表明春季增温增加而秋季增温降低净生态系统碳交换。模型对于碳循环对春季和秋季不对称增温响应的研究结果需要通过控制实验在野外自然生态系统进行检验并阐述其影响机理。为了解决上述问题,自2012年至2015年,在我国华北平原弃耕草地通过控制试验使用红外辐射器模拟春季和秋季增温,检测弃耕草地生态系统碳循环对春季和秋季不对称增温的响应及其机理。主要结果如下:1)综合三年的数据(2012年2月-2015年3月),春季和秋季增温分别使年平均土壤温度提高了0.28和0.45oC。在春季(3-5月),春季增温使土壤温度增加了1.22oC;在秋季(9-11月),秋季增温使土壤温度提高了1.93oC。此外,春季和秋季增温均不影响10厘米和20厘米的土壤体积含水量,而秋季增温使30厘米土壤体积含水量显著地降低了2.18v/v%(绝对差异)。2)自2012-2015年,春季增温使总初级生产力(GEP)和净生态系统CO2交换(NEE)分别提高了7.76%和12.80%,而不影响生态系统呼吸(ER)。然而,秋季增温对NEE及其两个组分(GEP和ER)均不存在影响。春季和秋季增温对生态系统碳交换(GEP,NEE,ER)均不存在交互作用。3)自2012-2015年,春季增温不影响土壤呼吸、土壤异养呼吸及土壤异养呼吸在土壤呼吸中所占的比例。然而,秋季增温使土壤呼吸和土壤异养呼吸分别显著地降低了12.11%和接近显著地降低13.57%,而不影响土壤异养呼吸在土壤呼吸中所占的比例。春季和秋季增温对土壤呼吸、土壤异养呼吸及土壤异养呼吸在土壤中的比例均不存在交互作用。4)春季增温使地上净初级生产力(ANPP)显著地提高了21.10%,而秋季增温不影响ANPP。春季和秋季增温对地下净初级生产力均没有影响。春季增温使NDVI接近显著地提高了7.67%,而秋季增温不影响NDVI。此外,春季和秋季增温对ANPP、BNPP及NDVI均不存在交互作用。5)春季增温对GEP和NEE的提高主要是由于NDVI和ANPP的提高引起的。而秋季增温对土壤呼吸的降低主要是由于土壤体积含水量的降低导致了土壤异养呼吸的下降引起的。本试验的发现表明,在未来气候变化的情景下,共同发生的春季和秋季增温会显著地提高弃耕草地生态系统的碳汇能力,并且降低弃耕草地土壤的碳排放潜力,从而增加陆地生态系统碳固存而有利于降低大气CO2浓度。此外,我们的结果为模型研究提供了校正数据和参数使用建议,并可以显著地提高我们对生态系统碳循环对不对称季节增温响应的预测能力。