非洲干旱灌丛草原生态系统碳汇稳定性研究：基于配对涡度协方差站点的三年生长季观测

本研究通过在南非Benfontein自然保护区建立配对涡度协方差(EC)站点，对比分析了Savanna和Nama-Karoo两种干旱植被类型在碳、水和能量通量方面的差异。研究发现Savanna站点年均净生态系统交换量(NEE)达-189 g C m-2 y-1，碳汇强度是Nama-Karoo站点的3.5倍，揭示了土壤水分通过调节Q10值影响夜间呼吸的温度敏感性。该研究为理解非洲半干旱生态系统在全球碳循环中的作用提供了关键数据。

　　

在全球气候变化背景下，非洲干旱生态系统的碳汇功能日益受到关注。传统观点认为干旱地区生态系统生产力低下，但近年研究表明这些区域可能对气候变化和CO₂浓度升高表现出超预期的响应。然而，非洲干旱区生态系统碳通量的观测数据严重匮乏，特别是对于Savanna和Nama-Karoo这两种占南非国土面积50%以上的主要植被类型，其碳汇强度差异及调控机制尚不明确。

南非环境观测网络等机构的研究人员在《Agricultural and Forest Meteorology》发表论文，通过在Benfontein自然保护区建立相距4公里的配对涡度协方差(Eddy Covariance, EC)观测站，连续33个月监测了两种生态系统的碳、水和能量通量。研究采用高精度IRGASON?集成分析仪和三维超声风速仪，结合土壤温湿度多层级监测，运用ReddyProc工具进行数据质控和通量分割，通过能量平衡比(EBR)和Q₁₀模型等分析方法，系统比较了两种生态系统的功能差异。

研究结果显示：在碳交换方面，Savanna站点展现出更强的碳汇能力，三年累计净吸收达-567 g C m^-2，年均NEE为-189 g C m^-2 y^-1，是Nama-Karoo站点的3.5倍。这种差异主要源于Savanna站点更长的碳吸收期（25个月 vs 16个月）和更高的吸收强度。值得注意的是，在经历野火干扰后，Savanna站点次年碳汇量下降40%，凸显了干扰事件对碳平衡的重要影响。

土壤水分与温度协同调控研究发现，中等土壤含水量下微生物温度敏感性最高（Savanna站点Q₁₀=3.24），而过干或过湿条件都会抑制Q₁₀值，揭示了水分有效性通过调控微生物活性影响碳释放的双重阈值效应。在水利用效率方面，Nama-Karoo站点表现出更稳定的生态系统水利用效率(eWUE=1.31 g C/kg H₂O)，而Savanna站点的eWUE受土壤含水量和VPD波动影响更大。能量平衡分析显示Savanna站点闭合度更高（EBR=0.93），可能与植被结构复杂性有关。

这项研究首次通过配对站点设计揭示了相近气候条件下不同干旱植被类型的功能分异，为预测气候变化下的植被格局演变提供了机理基础。发现的中等水分条件下最大碳汇效率规律，为改进全球碳循环模型中的干旱区参数化方案提供了实证依据。研究强调非洲干旱生态系统在全球碳汇格局中的重要性，Savanna植被每公顷年固碳量相当于热带森林的20-30%，这对重新评估非洲大陆的碳中和潜力具有重要启示。长期观测将有助于揭示极端气候事件对碳汇稳定性的影响，为区域气候适应策略制定提供科学支撑。