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半干旱地区的草原生态系统是对全球气候变化响应最敏感的生态系统之一，其碳储量和碳源汇功能强烈地受到水分和温度等气候因子的影响。在气候变暖和极端气候事件频率增加，强度增强的未来气候背景下研究草原系统碳收支响应状况与驱动机制的研究对完善草地生态系统碳循环的动态平衡机制，保持草地资源可持续发展利用具有重要意义，并为未来碳排放相关政策的制定提供科学依据。 本研究以内蒙古典型草原中广泛分布，具有代表性的羊草草原为研究对象，依托中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的CO2通量观测站和极端气候与生物多样性实验平台，通过生物地球化学循环模型DAYCENT模拟的方法预测未来气候情景下羊草草原土壤碳收支的长期变化特征及其控制机制，并以控制实验的方式模拟极端降水事件和极端降水格局对羊草草原生态系统CO2交换及其稳定性的影响。主要研究结论如下: 1.DAYCENT模型能准确的模拟内蒙古羊草草原土壤环境（温度和水分），地上净初级生产力(ANPP)的年际和季节动态，反映土壤有机碳库(SOC)的现状，可以用于土壤碳收支的模拟。 2.内蒙古羊草草原在三种典型浓度路径(RCPs)气候情景下未来至2050气候成逐渐变暖趋势，但降水变化总体不显著。DAYCENT模型预测羊草草原未来气候情景下ANPP年际间波动很大，总体呈增加的趋势，年均SOC含量则会显著下降，其中RCP8.5高温室气体排放情景减少趋势最显著。未来羊草草原土壤固碳能力将降低，土壤有机碳库的加速分解将使土壤变成大气CO2的源。降水量是对ANPP影响最大的因素，而温度升高是促进土壤有机碳分解的最主要原因。单独提高温度情景下ANPP的增加提供引起的土壤有机碳增加无法抵消增温对土壤有机碳分解的促进，最终导致土壤有机碳库的净碳流失，并且随着增温趋势的增加不断加强。水分条件依然是未来羊革草原生产力及土壤碳收支最关键的控制因素。 3.2012-2014年三个生长季极端降水事件实验表明，长期围封的具有高生物多样性的羊草草原，其生态系统功能和碳收支状况在面对短期的极端降水事件时具有很强的抵抗性和恢复力。羊草草原生态系统无论是面对中期还是后期极端降水事件，生态系统ANPP和植物群落结构仍然保持稳定，生态系统生长季平均碳收支状况也未受到极端降水事件的显著影响，尽管总初级生产力(GPP)在中期和后期极端降水处理期间分别降低了34.4％和26.3％，净生态系统CO2吸收(NEE)分别被抑制了77％和68％。 4.极端降水格局实验中，将羊草草原保持60年生长季的平均有效降水240mm不变，通过控制实验的方式设置了6、10、16和24次降水事件，形成了从极端降水格局（6次）至历史平均降水格局（24次）的降水频率梯度，以研究降水格局的变化，特别是极端降水格局对生态系统生产力以及碳水平衡的影响。2013-2016年连续4年的研究发现:降水频率降低的极端降水格局显著降低了NEE、GPP、Re、蒸散以及水分利用效率。与中等频率降水格局（16次降水）相比，极端降水格局平均NEE、GPP和Re分别降低了34.6％、44.5％以及47.5％。土壤含水量，土壤温度和叶面积指数是引起这些变化的主要的因素，而蒸散起到了放大作用。ANPP年际间变异很大，但降水频率变化和极端降水格局对ANPP没有产生显著影响。稳定的ANPP归功于群落中广旱生植物的补偿作用。极端降水格局会降低羊草草原固碳能力，但由于高生物多样性，群落生产力对降水频率的变化具有很强的恢复力。