青藏高原东南缘亚热带湿润高寒草甸CO2通量年际变化的春季调控因子解析

针对青藏高原高寒草甸碳循环观测数据匮乏的问题，研究人员通过11年涡度相关(EC)观测，揭示了亚热带湿润区高寒草甸CO2通量的季节-年际调控机制。研究发现该生态系统持续表现为净碳汇(NEP 137-370 g C m?2 yr?1)，干季GPP异常主导NEP年际变异，春季环境因子通过物候调控影响碳通量，为高原碳模型构建提供关键参数。

　　

在全球气候变化背景下，被称为"地球第三极"的青藏高原正经历着显著的温度上升和降水格局改变。这片平均海拔超过4000米的广袤高原，其60%以上面积被高寒草甸覆盖，储存着约17.5 Pg C的土壤碳库，相当于整个高原土壤碳储量的三分之一。然而，关于亚热带湿润区高寒草甸碳循环的认识仍存在巨大空白，特别是在气候更为温暖湿润的东南缘地区。传统观点认为高原东部草甸碳通量主要受温度调控，但东南部独特的季风气候可能形成截然不同的碳循环模式。准确量化这些生态系统的CO₂通量动态，对预测全球碳收支和气候变化反馈机制具有重大科学价值。

为解决这一科学问题，中国科学院相关团队在丽江玉龙雪山自然保护区建立了长期观测站，利用涡度相关(EC)技术连续11年(2012-2022年)监测高寒草甸的CO₂交换过程。相较于可能干扰微环境的箱式观测法，EC技术能实现植被零干扰的连续通量测量。研究团队系统分析了净生态系统生产力(NEP)、总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Reco)的动态特征，结合土壤温度(T_s)、土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)等环境因子，揭示了多时间尺度上的调控机制。

关键方法
研究依托海拔3560米的丽江站点，采集11年EC数据(2012-2022)和配套气象数据。通过通量数据处理系统EddyPro计算CO₂通量，采用查普曼-理查兹模型拟合物候参数，运用结构方程模型(SEM)解析环境因子交互作用，并基于偏最小二乘回归(PLSR)量化年际变异(IAV)的驱动贡献。

研究结果

气象条件
站点呈现典型季风气候特征，年均气温6.07°C，年均降水968 mm。土壤温度(T_s5cm)始终高于0°C，无冻融循环。干湿季分明，湿季(5-10月)贡献全年82%降水和更高光合有效辐射(PAR)。

CO₂通量特征
生态系统持续表现为碳汇，年均NEP达273±93 g C m^?2 yr^?1，显著高于高原其他草甸。季节动态显示，湿季日均NEP峰值(2.12 g C m^?2 d^?1)是干季的4.6倍，GPP与Reco呈现显著协同变化。

环境调控机制
湿季CO₂通量主要受T_s、SWC和叶面积指数(LAI)调控，三者存在显著交互效应：当SWC>0.3 m³ m^?3时T_s效应增强，而LAI>1.5 m² m^?2时SWC影响弱化。干季则主要受SWC和VPD控制，SWC每降低0.1 m³ m^?3导致NEP下降23%。

年际变异驱动
NEP年际变异(34%)主要由干季GPP异常驱动(贡献率61%)。生长季长度(LOS)解释NEP变异的48%，而GPP与Reco的IAV则更多受夏季峰值影响。春季T_s、VPD和PAR通过调控返青期和最大光合速率，间接影响全年碳收支。

讨论与意义
该研究首次证实青藏高原东南缘高寒草甸是强度显著高于其他区域的持续碳汇，其年际变异机制呈现独特的"干季主导"模式，不同于高原东部"湿季主导"的特征。发现春季环境因子通过"物候-生理"双重途径影响全年碳循环，其中春季T_s升高1°C可使生长季提前2.3天，但伴随VPD增加可能加剧水分胁迫。这些发现为改进区域碳模型提供了关键参数，特别强调了在气候变暖背景下，春季气候异常对高寒生态系统碳汇功能的持久影响。论文发表于《Agricultural and Forest Meteorology》，为评估"亚洲水塔"碳汇功能及其气候响应提供了科学基准。