西北高原所在青藏高原高寒草地碳汇关键机制研究方面取得新突破

青藏高原因独特地形被誉为地球 "第三极"，其 146 万km²的高寒草地生态系统是重要碳汇，碳同化能力的季节及年际变化受气候因子调控。该区域草地碳固存过程分为碳吸收期与碳排放期，但两个时期对净生态系统碳交换（NEE）年际变异的相对贡献一直未明确。加之青藏高原偏远地区碳通量观测数据匮乏且存在共享限制，不同类型高寒草地碳吸收周期时长、碳吸收速率及其控制因素尚不明晰，制约了对高原碳循环机制的认知。

针对这一科学问题，中国科学院西北高原生物研究所青海三江源草地生态系统国家野外科学观测研究站依托 10 余年原位观测，整合11个高寒草甸、7个高寒湿地、2个高寒灌丛草甸和 3 个高寒草原共24个站点的84年观测数据，将年NEE分解为物候学组分（碳吸收期，CUP）和生理学组分（最大净碳吸收速率，MCU），系统解析了CUP与 MCU对NEE 的调控机制及主导环境因子。

通过研究发现，NEE 年际变异中 38% 的贡献来自 CUP， MCU贡献 18%，证实延长碳吸收周期对增强碳汇的效应优于提升最大碳吸收速率。同时，天然草地CUP起始日期受春季降水显著驱动，春季降水成为启动碳吸收周期的关键 "扳机"；夏季水分可利用性对天然草地 MCU 呈负向调节，却能促进人工草地 MCU 提升。人类管理措施（如播种、收割）主导人工草地 CUP 动态，其碳吸收周期（106 天）较天然草地缩短约 30 天，直接影响 NEE 年际波动。生态系统对比显示，高寒草原虽拥有最长 CUP（147 天），但碳吸收强度最低；高寒湿地以最高 MCU（-5.02 g C m⁻² d⁻¹）成为高原最强 "碳汇热点"。此外，冬季生态系统呼吸占全年总量 15%，主要受降雪量和净辐射调控；CUP 持续时间由早期降水和草地类型共同决定，是导致 NEE 年际变异及生态系统差异的核心因素。未来将聚焦气候异常对 CUP 和 MCU 的影响机制，进一步完善高原碳汇动态预测模型，为全球变化背景下的生态安全保障提供科技支撑。

研究成果近日以Water availability regulates the carbon uptake period and amplitude of net ecosystem exchange in alpine grasslands of the Qinghai-Xizang Plateau为题发表在Agricultural and Forest Meteorology（中国科学院1区TOP，IF = 5.6）。西北高原所贺福全工程师为第一作者，赵亮研究员为通讯作者。该研究获得青海省帅才科学家（2024-SF-102）和青海省中青年人才托举工程（青人才字[2023]1号）等资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016819232500276X?dgcid=author#tbl0002

图1 NEE分解为碳吸收期(CUP)和最大净碳吸收速率(MCU)

图2青藏高原 24 个涡度相关观测站点的位置

图 3 (a) 高寒草甸、灌丛、湿地、草原及人工草地中年净生态系统碳交换（NEE）随净碳吸收期（CUP）的变化；(b) 随最大净碳吸收速率（MCU）的变化；(c) 随净碳吸收起始日（BDOY）的变化；(d) 随净碳吸收终止日（EDOY）的变化

图4 天然草地与人工草地中环境因子对净生态系统碳交换（NEE）、净碳吸收期（CUP）及最大净碳吸收速率（MCU）影响的结构方程模型分析