在积雪加深的条件下，通过氮利用效率和冠层结构来调节温带草原生态系统的碳利用效率的生物物理机制

《Journal of Ecology》：Biophysical regulation of ecosystem carbon use efficiency in a temperate grassland through nitrogen use efficiency and canopy structure under deepened snow

生态系统碳利用效率（CUE）受冠层结构和氮利用效率（NUE）的协同调控，深雪干预通过提升土壤氮有效性、促进C3植物优势及冠层发育，增强CUE并抑制呼吸损失。

　　

摘要

1. 生态系统碳利用效率（CUE）是衡量生态系统作为碳汇功能的关键指标。虽然以往的研究主要集中在气候和资源可用性如何通过生长季节的生理过程影响CUE，但冠层结构在调节碳和能量交换中的作用，尤其是其与冬季气候过程及氮利用效率（NUE）的相互作用对半干旱草原生态系统CUE的影响，仍缺乏足够的了解。
2. 在这项研究中，我们在一个温带草原进行了为期5年的积雪处理实验，以探讨积雪加深对生态系统CUE的影响。我们测量了生态系统碳通量、土壤氮浓度、物种生物量、植物氮浓度、冠层高度和覆盖度以及物种组成。
3. 研究发现，积雪加深增加了土壤中氮的可用性，同时土壤湿度的增加促进了养分的吸收和利用。这些变化共同作用，使得单位氮吸收量的生物量积累更多，从而提高了氮利用效率（NUE）。此外，积雪加深有利于C3植物的生长，因为C3植物通常比C3草本植物具有更高的氮利用效率和更大的植株高度，这为整个群落的氮利用效率提供了另一个提升途径。通过生理效率的提高和物种组成的变化，氮利用效率的提升促进了生物量的产生，并有利于更大冠层体积的发育。在积雪加深的情况下，更大的冠层体积通过改善光截获能力增加了总初级生产力，而自养维持呼吸作用的增加则因氮利用效率的提高而得到缓解。此外，更密集的冠层在白天尤其是夜间降低了下层植被的温度，从而抑制了异养呼吸作用。最终，积雪加深通过增加碳吸收并限制碳的呼吸损失，提高了生态系统的碳利用效率。
4. 总结：这些发现强调了与冠层结构和氮利用效率相关的生物物理过程在调节生态系统碳利用效率中的关键作用，而这些方面在以往的研究中往往被忽视。我们还指出了冬季过程在塑造碳封存动态方面的重要性，以及它们对未来草原应对气候变化潜力的影响。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

同行评审

本文的同行评审记录可访问：https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1111/1365-2745.70229。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在中国科学院植物数据中心公开获取：https://www.plantplus.cn/en/doi/10.12282/plantdata.1704（李佳、吴某、Jalaid等人，2025年）。