水分可利用性调控青藏高原半干旱高寒草甸生态系统呼吸对增温的海拔响应

针对青藏高原高寒草甸生态系统呼吸(Re)对气候变暖的响应机制不明问题，研究人员通过海拔梯度增温实验(4600-5200 m)发现：增温通过促进植物生物量和土壤碳分解普遍提升Re，且高海拔区响应更强；降水(GSP)与水分可利用性(GSP/AccT、MI)是调控Re海拔分异的关键因子。该研究揭示了水分-温度协同作用对碳循环的影响，为预测高寒生态系统碳收支提供了新见解。

　　

青藏高原作为"亚洲水塔"，其高寒草甸储存着巨大的土壤碳库，但正经历着全球最显著的气候变暖。过去50年该区域年均温上升约2.0℃，降水格局也发生显著改变，这对草地碳循环产生深远影响。然而，由于温度、降水和土壤水分的交互作用，增温对生态系统呼吸(Re)的影响机制仍存在争议。特别是在海拔梯度上，低海拔区水分限制与高海拔区温度限制的差异，可能导致Re对增温的响应呈现高度异质性。理解这种海拔分异规律，对准确预测高寒生态系统碳收支至关重要。

中国科学院的研究团队在念青唐古拉山(海拔4600-5200 m)建立了7个海拔梯度的开顶箱(OTC)增温实验平台。通过监测生长季Re及相关生物与非生物因子，发现增温使Re平均增加15.3%，且高海拔区增幅(23.1%)显著大于低海拔区(8.7%)。结构方程模型(SEM)显示，增温通过提升地下生物量(BGB)和加速土壤有机碳(SOC)分解直接促进Re，而生长季降水与积温比(GSP/AccT)和湿润指数(MI)通过改善水分条件间接增强这种效应。

3.1 生物与非生物因子对增温的响应
海拔升高导致生长季气温(GSAT)和积温(AccT)降低，而降水(GSP)和相对湿度(RH)增加。增温显著提高土壤温度但降低MI和GSP/AccT。有趣的是，增温使地上生物量(AGB)减少12%，却使BGB、SOC和土壤全氮(STN)分别增加18%、14%和9.5%。

3.2 生长季Re对增温的响应
Re呈现显著的海拔格局，高海拔区Re比低海拔区高35%。增温使各海拔Re平均提升1.2 μmol CO₂ m^-2 s^-1，且高海拔区增温效应(23%)是低海拔区(11%)的2倍。这种差异与BGB和SOC的海拔分布一致。

3.3 Re与生物非生物因子的关联
Re与BGB(r=0.72)、SOC(r=0.68)呈强正相关，但与AGB无关。SEM分析表明，GSP/AccT和MI通过调控植物生物量和SOC含量，间接影响增温对Re的促进作用。特别是SOC的分解在Re响应中起核心作用，解释变异的41%。

该研究首次系统揭示了水分可利用性在调控高寒草甸Re海拔响应中的关键作用。在水分充足的高海拔区，增温通过缓解温度限制和提供充足底物强烈刺激Re；而在干旱的低海拔区，增温导致的土壤干燥部分抵消了温度效应。这一发现挑战了传统认为温度是Re唯一主控因子的观点，强调水分-温度耦合效应的重要性。研究建立的GSP/AccT和MI指标为预测气候变化下碳循环响应提供了新工具，对完善高寒生态系统模型具有重要价值。未来需结合微生物组学和酶活性研究，深入解析Re的海拔适应机制。