撒哈拉以南非洲生物群落中土地利用变化碳排放超越气候变化碳汇效应的模拟研究

本研究通过动态植被模型LPJ-GUESS模拟了撒哈拉以南非洲六大生物群落在五种共享社会经济路径（SSPs）下土地利用与气候变化（LULCC和CC）对净生态系统交换量（NEE）、净初级生产力（NPP）及碳周转时间的影响。结果表明，LULCC驱动下湿润与干旱稀树草原成为主要碳源（SSP4下累计NEE达74.93和44.85 PgC），而CC单独作用可使半荒漠与热带雨林转为碳汇（SSP5下分别为-8.36和-3.77 PgC）。该研究为非洲区域碳管理政策提供了关键科学依据。

　　

撒哈拉以南非洲作为全球碳循环的关键区域，其生物群落的碳汇能力正面临土地利用变化（Land-Use and Land-Cover Change, LULCC）和气候变化（Climate Change, CC）的双重威胁。过去几十年间，该地区已从微弱碳汇转变为潜在碳源，但不同生物群落对这两大驱动力的响应机制尚不明确。随着人口快速增长和农业扩张，如何平衡生态保护与社会发展需求成为亟待解决的难题。

苏黎世大学（University of Zurich）的研究人员通过动态全球植被模型LPJ-GUESS，模拟了热带雨林、山地森林、湿润稀树草原、干旱稀树草原、温带草原和半荒漠六大生物群落在2015-2100年间五种共享社会经济路径（SSPs）下的碳动态变化。研究设计了四组实验：固定LULCC与CC、仅改变LULCC、仅改变CC以及同时改变两者，系统量化了其对净生态系统交换量（Net Ecosystem Exchange, NEE）、净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）和碳周转时间的影响。该成果发表于《Global Environmental Change》，为非洲可持续土地管理提供了关键科学依据。

研究方法上，团队整合了CMIP6的土地利用数据和ISIMIP3b的气候数据集，采用0.5°空间分辨率进行模拟。通过500年旋转上升期和100个0.1公顷样地的群落随机化处理，模拟了自然生态系统、牧场、农田和城市四类土地覆盖类型的碳通量。模型验证显示，LPJ-GUESS模拟的NPP与MODIS观测数据在稀树草原生物群落中具有较高一致性（Spearman相关系数达0.71）。

研究结果揭示三大核心发现：

1. LULCC主导碳源转换：湿润稀树草原在SSP4下成为最强碳源（累计NEE 74.93 PgC），其碳排放量是CC诱导碳汇效应的16倍。热带雨林在SSP3下碳损失达39.61 PgC，半荒漠却在SSP5下表现出-8.36 PgC的碳汇能力。
2. NPP的对抗性变化：CC使半荒漠NPP在SSP5下提升64%（12.38 PgC），但LULCC导致热带雨林NPP在SSP3-4下降低50%。两者交互作用在稀树草原表现为抑制效应，使联合作用弱于单独效应之和。
3. 碳周转时间剧减：热带雨林在SSP3-4下碳周转时间缩短50%，反映LULCC加速了碳释放过程。而CC单独作用则通过延长植被生长季使温带草原碳周转时间增加30%。

这项研究首次系统量化了SSA生物群落对复合环境压力的异质性响应。其政策意义在于：单纯依赖CC mitigation无法抵消LULCC的碳排放，必须实施生物群落特异性的土地管理策略。例如，湿润稀树草原需要控制农牧业扩张，而半荒漠可依托CC增益实施生态修复。研究还警示，SSP3-4路径下快速人口增长与弱环境监管的组合将导致不可逆的碳损失，这为联合国可持续发展目标（SDGs）中的气候行动（目标13）和陆地生态保护（目标15）提供了区域实践框架。未来研究需结合多模型比较和更高分辨率的遥感验证，以优化非洲碳循环预测的不确定性。