瑞士阿尔卑斯山冰川退缩与森林扩张对碳汇的有限贡献：机制解析与气候意义

本研究针对气候变化下阿尔卑斯山冰川退缩区碳循环动态不明的问题，通过T&C生态水文模型模拟1981-2099年植被-土壤系统演变。发现尽管NEP（净生态系统生产力）在RCP8.5情景下可达55 gC m?2 y?1，但碳汇总量仅占瑞士碳排放的0.9%，揭示了自然碳汇对减排目标的有限支撑，为高山生态系统管理提供关键数据。

　　

随着全球变暖加速，阿尔卑斯山正经历着远超平均水平的升温速率，冰川退缩速率达到历史新高。这种变化不仅重塑了高山景观，更在冰川前沿催生出新的冰缘生态系统。然而，这些快速形成的生态系统能否成为有效的碳汇以缓解气候变化？其碳循环动态如何响应植被演替与土壤发育？这些问题直接关系到对陆地碳汇潜力的准确评估，却因缺乏长期观测数据而存在巨大认知空白。

瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究团队选择瑞士阿尔卑斯山Ferpècle流域作为天然实验室，通过整合气候模型与生态水文过程模型，首次量化了冰川退缩区百年尺度的碳收支演变。研究发现，虽然森林扩张使植被碳库以每年1.5%的速率增长，但受限于土壤养分（尤其是氮磷比C/N），这些新兴生态系统对碳中和的贡献杯水车薪。相关成果发表在农林气象学顶级期刊《Agricultural and Forest Meteorology》上。

研究采用三项核心技术方法：1）基于AWE-GEN天气生成器的多RCM（区域气候模型）降尺度，生成1981-2099年小时分辨率气候数据；2）T&C生态水文模型耦合生物地球化学模块，模拟植被-土壤连续体碳氮磷循环；3）冰川年代序列空间替代法，将不同退缩年限（23-142年）样点作为时间序列验证。

【植被动态】

模型显示，到本世纪末森林覆盖率将从当前的13%激增至75%，推动叶面积指数（LAI）增长300%。但值得注意的是，草本植物在演替早期（<60年）的快速扩张贡献了32%的初级生产力。

【土壤养分】

土壤有机氮在140年发育期内积累至350 gN m^?2，但有效氮含量在2030年后停滞。磷限制向氮限制的转变（通过C/N比监测）导致植物养分吸收效率下降42%，成为碳汇的主要瓶颈。

【碳通量特征】

在RCP8.5情景下，总初级生产力（GPP）到2099年达1,200 gC m^?2 y^?1，但自养呼吸（RA）消耗65%的光合产物。净生态系统生产力（NEP）呈现两极分化：年轻土壤（<60年）的NEP持续上升，而成熟土壤在2060年后稳定在24±18 gC m^?2 y^?1。

这项研究颠覆了"冰川退缩必然创造高活性碳汇"的传统认知。通过机理模型证实，即使所有瑞士冰川（961 km²）完全消失形成的生态系统，其年碳吸收量仅相当于国家减排目标的0.9%。这一发现强调了单纯依赖自然过程难以实现气候目标，必须辅以能源结构调整等主动减排措施。研究建立的"冰川年代-植被演替-碳通量"耦合模型为全球高山带碳评估提供了新范式。