人类活动(比如化石燃料燃烧、施肥与森林砍伐等)的加剧造成了大气层中温室气体浓度的升高和全球氮(N)循环的改变。因此，过去两个世纪以来地球表面温度和大气N沉降都在持续增加，且对全球碳(C)循环产生深远的影响。陆地生态系统在全球变化影响全球C循环的过程中具有重要的调控作用。作为地球表面最重要的陆地生物区系之一，草地约占全球陆地植被面积的40％，但是人们对草地系统在全球变化背景下的动态依然缺乏认识。　　 本研究基于我国内蒙古多伦县典型温带草原的一套野外控制实验所取得的结果，系统地探讨了气候变暖与氮素添加对我国温带典型草原生态系统C循环的影响。本研究内容包含两个部分：第一部分探讨了气候变暖与氮素添加对我国温带典型草原C循环的影响；因为全球气候变暖的一个显著特征是夜间增温幅度大于白天，因此第二部分比较了白天与夜间增温对我国北方典型温度草原C循环的特异性影响。取得的主要研究结论如下：　　 (1)增温对我国温带典型草原生态系统水平C交换的影响较弱，施氮显著增加了生态系统总初级生产力(GEP)却未改变生态系统总呼吸(ER)，从而对生态系统净CO2交换(NEE)表现为正效应。在降雨量存在显著差异的两个生长季(2006与2007年)中，施氮对生态系统NEE的影响趋于一致(分别增加了22.7％与22.5％)。这是其他生物(尤其是植物群落组成)与非生物因子共同调节的结果。由于气候变暖会增大未来极端干旱事件的发生频率，因此本研究的结果表明植物群落在草原生态系统响应气候变化的过程中具有重要的调节作用。　　 (2)在2006-2010年五个生长季中，增温与施氮总体而言对植物群落总盖度没有产生显著影响。然而增温与施氮对不同功能型植物都产生了不同的影响趋势，即二者都增加了多年生禾草(以克氏针茅为代表)在群落中的比例而使多年生杂类草与灌木(以冷蒿为代表)在群落中的比例下降。另外，在不同生长季之间，施氮对群落总盖度的影响与生长季内降雨量呈正相关关系(r2=0.71，P=0.07)。这些结果说明气候变暖、N素增加以及降雨变化将共同对我国温带典型草原植物群落结构产生重要影响。　　 (3)增温使我国温带典型草原优势物种的开花与结果时间分别平均提前了0.64与0.72 dyr-1。对于植物个体而言，由于增温同时提前了植物开花与结果时间，从而对其繁殖期长度没有影响。其中，早期物种物候期的提前量大于晚期物种，从而导致群落水平生长季延长。氮素添加总体而言对植物物候影响较小，且与增温之间不存在交互作用。另外，多元线性回归的结果表明物候期变化对植物生长的影响受到物候期内累积降雨量与物种间物候期重叠度二者的共同调控。　　 (4)白天、夜间与全天增温使土壤10 cm处的日均温度分别升高了0.71、0.78与1.71℃。夜间增温(0.74℃)对夜间平均土壤温度的正效应比白天增温(0.60℃)大；而对白天平均土壤温度而言白天与夜间增温的作用一致(0.81℃)。白天与夜间增温对土壤温度的影响受到光合有效辐射、饱和蒸气压与风速的共同影响。　　 (5)夜间增温使两个优势物种(克氏针茅与冰草)的夜间叶片呼吸增加了36.3％且使叶片中可溶性糖与淀粉的消耗量分别增加了72.2％与60.5％，最终使第二天植物光合作用增加了19.8％。由于植物光合作用过补偿机制的存在，夜间增温使该生态系统在生长季中由微弱的C源(1.87 g Cm-2yr-1)转变成C汇(21.72g C m-2yr-1)。据我们所知，这是世界范围内首次在野外自然生态系统中发现夜间增温背景下植物光合作用的“过补偿效应”，该机制将为陆地生态系统在气候变化下增加碳汇功能产生重要作用。　　 (6)2006-2008年三个生长季中，白天增温对土壤呼吸没有影响，而夜间增温使土壤呼吸显著增加了7.1％。回归分析的结果表明白天与夜间增温对生态系统C循环的两个主要过程(GEP与土壤呼吸)的作用之和不等同于全天增温的处理效果。比如在2006-2008年三个生长季中，全天增温使土壤呼吸增加了20.7g Cm-2yr-1，而白天(8.7 g C m-2yr-1)与夜间(31.3 g C m-2yr-1)增温的处理效果之和则达到了40.0 g C m-2yr-1。对GEP而言，全天增温使其降低了2.8 g C m-2yr-1，该值小于白天(降低7.1 g C m-2yr-1)与夜间(增加31.7 g C m-2yr-1)增温效果之和。这些结果说明在预测气候变暖对全球C循环的影响时有必要引入不同地区在昼夜尺度上的气候变化特征。本研究结果发表后(Biogeosciences，6：1361-1370)被英国自然杂志(Nature460:783c)作为“研究亮点”进行了报道。