中国西辽河流域碳动态监测与驱动机制研究：助力干旱区碳中和管理的生态系统模拟新框架

针对干旱半干旱流域碳库动态量化难题，中国研究团队整合野外调查与改进的TECO-R模型，首次揭示西辽河流域2000-2021年碳库时空格局（土壤碳占比80%），发现增温增雨虽促进植被固碳但加速土壤有机碳流失（年均减少84.21 g C m-2 yr-1），通过结构方程模型(SEM)解析降水主导的驱动机制，为脆弱生态系统碳中和路径提供科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，干旱半干旱流域作为生态脆弱区，其碳循环过程对气候反馈具有放大效应。这类区域占全球陆地面积40%以上，却因独特的水热条件和强烈的人类干扰，生态系统碳库呈现复杂动态。传统监测方法难以捕捉区域尺度时空异质性，而现有模型多聚焦单一生态系统，缺乏多要素耦合分析能力。中国西辽河流域(WLRB)作为典型干旱半干旱流域，正经历"暖湿化"气候转型与高强度人类活动叠加影响，其碳汇功能变化直接关系到北方生态安全屏障建设。

针对这一科学问题，中国内蒙古自治区重大科技专项支持的研究团队，通过整合改进的陆地生态系统区域模型(Terrestrial Ecosystem Regional model, TECO-R)与多源观测数据，构建了首个西辽河流域碳动态模拟框架。该研究创新性地将过程模型与结构方程模型(Structural Equation Modeling, SEM)耦合，不仅量化了2000-2021年间碳库变化，更揭示了气候-人类活动的交互作用机制。相关成果发表在《Environmental Modelling》期刊，为干旱区碳中和管理提供了新范式。

研究采用四项关键技术：基于C++开发的TECO-R模型通过优化光合作用模块和土壤水分参数，显著提升干旱区模拟精度；联合中国气象数据服务中心等6类数据库，构建空间显式驱动数据集；通过根均方误差(RMSE=9.21-26.72 g C m^-2)验证模型可靠性；应用SEM解析自然-人为因子的直接/间接作用路径。

【碳库空间格局】模拟显示流域平均碳密度3.65 kg C m^-2，土壤碳库(q_S)占80%，其中活性库(q_S1)大于惰性库(q_S2)。森林生态系统在巴林左旗(BLZ)等地碳储量最高，而翁牛特旗(WNT)沙地最低，证实植被类型与海拔的调控作用。

【碳周转特征】首次量化全流域碳周转时间(ECTT)：叶片(0.54年)、根系(5.26年)、土壤(42.76年)及全系统(23.31年)，显示土壤碳库稳定性主导生态系统碳滞留。

【气候驱动机制】暖湿化使植被碳(q_V)年增12.3 g C m^-2，但土壤呼吸增强导致q_S年损96.5 g C m^-2，净生态系统碳汇(e_c)以84.21 g C m^-2 yr^-1速率下降，揭示干旱区碳循环的"表观悖论"。

【人为影响路径】SEM分析显示：农牧交错带过度放牧使土壤碳损失加剧35%，而中游集约农业通过改变凋落物输入间接影响q_S1周转，东南部城市化则通过热岛效应改变局地碳循环。

该研究通过TECO-R-SEM耦合框架，突破传统模型在干旱区的应用局限。Weiyuan zhang等发现降水变率可解释e_c变化的62%，远超温度(28%)，这一发现修正了干旱区碳循环的驱动认知。Yuxia Hu优化的多层碳反馈模块，成功捕捉到短时降水脉冲对q_S1的激发效应，为理解碳周转的脉冲式特征提供机理依据。Jirui Gong强调，流域北-中-南的碳管理应差异化：北部需控制载畜量，中部优化耕作制度，东南部应增加城市绿地碳汇。

这项研究不仅为西辽河流域"碳中和"政策制定提供量化工具，其模型框架更可推广至全球类似气候区。作者在GitHub开源模型代码，推动干旱区碳循环研究的范式转变。未来需关注极端气候事件对q_S2的长期影响，以及生态工程对ECTT的调控潜力，这些都将成为脆弱生态系统气候适应策略的关键科学依据。