中文摘要：

我国已严重退化的北方草原面临气候变化的巨大压力，弄清其关键种对水分的适应过程与机制是北方草原科学应对气候变化的关键。本项目将以我国北方草原的关键种羊草、大针茅、糙隐子草、冰草、小针茅、冷蒿、小叶锦鸡儿为研究对象，通过多因子协同作用(CO2浓度、温度与水分)的野外原位模拟试验获取的大量试验资料，详细分析多因子协同作用对草原关键种的光合生理生态、碳的运转和分配、水分利用效率、以及生产力的影响及其与环境因子的关系，揭示我国北方草原关键种对水分变化的适应过程与机制，给出这些关键种适应水分变化的阈值。在此基础上，发展与完善反映多因子协同作用下生态系统光合能力、光合产物分配、生长速率、导水率等与环境因子关系的模型，评估不同水分变化及其与CO2浓度和温度变化的协同作用对北方草原关键种的影响，为北方草原科学应对气候变化提供依据与参数。

结论摘要：

利用人工气候箱和开顶式生长箱(OTC)对水分变化等全球变化关键因子进行了模拟，分析比较了我国北方草原关键物种对CO2浓度、温度和降水变化单独及联合的响应和适应。其次，采用野外红外辐射增温方式，研究了北方典型草原和荒漠草原生态系统对温度和降水变化的联合响应。主要结果是(1) 典型草原主要物种冰草为的个体生长随着水分条件的改善而增加，CO2浓度升高对其有促进作用。增加30%降水处理的光合能力最强，超过或低于此值皆降低，CO2浓度升高增加了干旱处理的光合能力；严重干旱影响了叶绿体的超微结构，CO2浓度升高具减缓作用。(2) CO2浓度升高影响了三个优势针茅物种对降水变化的响应，且因物种而异；在高CO2浓度下，短花针茅、本氏针茅、贝加尔针茅在降水量各自增加30.3%、27.6%和9.4%时分别达到其最大生物量。(3) CO2浓度增加使得C3灌木固氮物种小叶锦鸡儿的生物量增加了10.8 – 41.7%，使C3禾本科物种大针茅增加了33.2 – 52.3%。在较好水分条件下，CO2浓度增加没有促进C4植物禾本科物种糙隐子草的生长；但在干旱条件下，却使之显著增加(20.0 – 59.7%)。(4) 升温使荒漠草原生态系统净初级生产力(ANPP)在自然降水条件下下降了9.1%，但增温和增加降水的联合作用使之明显增加(76.3%)。升温增加了典型草原的对照、增15%、增30%各降水处理的生物量，分别为6.6%，18.0%和37.2%。然而，在处理的第二年，典型草原的ANPP各处理间无显著差异。(5) 增温增加了四种优势物种(栉叶蒿、茵陈蒿、小针茅、糙隐子草)的稳定性碳同位素组分(δ13C)，但增加降水使之降低，这表明温度增加导致了各优势物种的长期水分利用率(WUE)增加，而降水增加则导致其降低。进一步分析表明，荒漠草原C3植物结构上的抗旱性状(叶片变厚、变得矮小)、生理活性参数(叶氮含量)和生产力(单株生物量)的负面变化与其具有较高的长期WUE相关联，这或许是植物在干旱缺水环境下采取的生存策略之一。研究结果提示我们，如不及时采取合理有效的应对措施，未来气候变化将对我国北方草原生态系统构成严峻威胁。