生态系统工程与全球变化协同增强中国陆地碳汇的时空动态机制

本研究针对生态系统工程驱动的土地利用变化(LUCC)与全球变化(气候变暖、CO2浓度升高、氮沉降)对净生态系统生产力(NEP)的交互影响机制这一科学难题，通过过程模型CEVSA-ES量化了2001-2021年中国六大生态工程区的碳汇动态。研究发现年均NEP达256 Tg C yr-1并以11.3 Tg C yr-2速率增长，首次揭示造林与CO2升高的协同效应贡献率从27%提升至32.1%，并确定了降水750-2600mm、温度10-25℃的最优气候空间。该成果为"双碳"目标下的精准生态管理提供了理论基石。

　　

在全球森林持续减少的背景下，中国通过大规模生态系统工程实现了令人瞩目的绿色逆转——2000年以来累计造林47万平方公里，创造了独特的"生态奇迹"。然而这片人工绿洲能否持续发挥碳汇功能？特别是在气候变暖、降水格局改变、大气CO₂浓度持续升高等全球变化因素的复杂影响下，这些生态工程的长期效果正面临严峻考验。传统研究多聚焦单一因素的静态影响，却忽视了关键的科学问题：土地利用变化与全球变化如何动态交互影响碳汇功能？这种交互作用是否存在时空异质性？回答这些问题对实现中国"3060"双碳目标具有重大战略意义。

中国科学院地理科学与资源研究所的研究团队创新性地采用过程模型CEVSA-ES（碳交换植被-土壤-大气生态系统服务模型），对中国六大生态工程区（退耕还林、防沙治沙、三北防护林等）2001-2021年的碳汇动态进行了系统解析。该模型整合了遥感土地覆盖数据、叶面积指数和氮沉降等多源数据，通过设置对照情景组分离了不同驱动因素的贡献。

主要技术方法：研究基于MODIS土地覆盖数据识别生态工程区，运用CEVSA-ES模型模拟实际与假设情景下的NEP变化，采用方差分解量化LUCC与全球变化（气候、CO₂、氮沉降）的独立及交互效应，并通过空间统计分析确定最优气候阈值。

研究结果

生态系统工程区碳汇时空格局
数据显示中国生态工程区年均NEP贡献达全国总量的74%（256/346 Tg C yr^-1），其中退耕还林(GGP)和天然林保护(FP)工程区表现突出。值得注意的是，尽管LUCC区本底碳汇值（73 Tg C yr^-1）低于非LUCC区（184 Tg C yr^-1），但其年增长率达2.9 Tg C yr^-2，揭示生态工程的持续增效作用。

驱动因素分解
CO₂施肥效应以5.6 Tg C yr^-2的增速成为最大驱动力，远超气候变暖的贡献（0.4 Tg C yr^-2）。交互作用分析显示，LUCC与全球变化的协同效应在2011-2021年达到32.1%，主要源于CO₂-降水耦合效应，特别是在西南地区和黄土高原南部形成显著热点区。

气候空间优化
研究首次量化出NEP最大化的气候窗口：降水750-2600mm配合温度10-25℃。模拟表明，将造林工程集中在该区间可使碳汇效率提升65%，这为"精准造林"提供了量化依据。

结论与展望
该研究突破性地揭示了生态工程碳汇功能的动态增强机制：造林形成的年轻植被对CO₂升高的响应敏感性随时间递增，而降水格局改变进一步放大了这种效应。提出的"气候空间优化"理论可直接指导生态工程布局——例如在华北干旱区应优先考虑水分保障，而非单纯追求造林面积。这些发现不仅修正了传统碳汇预测模型，更从机理层面证实了生态工程在气候变化背景下的长期可持续性，为全球提供了"基于自然的解决方案"的中国范式。未来研究需重点关注氮-水耦合限制对CO₂施肥效应的阈值调控，以及极端气候事件对工程稳定性的影响。