引言
植被生产力增强通常被视为生态系统恢复和陆地碳吸收增强的早期信号。然而,碳汇评估中尚未解决的关键问题不仅在于植被是否变得更加富有生产力,更在于生产力的提升是否已经转化为相称且持久的土壤有机碳(SOC)响应。大规模卫星与建模研究已记录了与气候相关的陆地生产力和碳吸收增加(Nemani et al., 2003; Beer et al., 2010),而后续研究表明,变绿现象在空间上存在异质性,并受到干旱、土地管理和地球系统碳循环反馈的影响(Zhao and Running, 2010; Zhu et al., 2016; Chen et al., 2019)。近期的综述进一步强调,生产力增强和碳汇强度对气候变率和陆地过程反馈仍然敏感(Piao et al., 2020; Friedlingstein et al., 2023)。
这一区分至关重要,因为净初级生产力(NPP)和总初级生产力(GPP)等生产力指标衡量的是植被碳固定量,而SOC反映的是下游过程,包括地下物质分配、凋落物和根系周转、微生物转化、物理保护、矿物结合、侵蚀和再分配。植被正趋势增加了植物源碳的潜在供应量,但并不能证明这些碳已经进入了持久的土壤库。根系输入、微生物处理、团聚作用、矿物结合和地球化学背景共同调控着植物输入是否被转化为稳定的SOC(Rasse et al., 2005; Six et al., 2002; Schmidt et al., 2011; Cotrufo et al., 2013; Kallenbach et al., 2016; Doetterl et al., 2015; Lehmann and Kleber, 2015; Trumbore, 2009; Jackson et al., 2017)。
西藏是检验这一植被—土壤碳联系的严格场景。陡峭的海拔梯度、寒冷的亚高山条件、水文热限制、频繁的冻融扰动、与多年冻土相关的过程以及急剧的生态过渡在该区域交汇。这些梯度既可以促进SOC保存,也可以加速碳损失,取决于植物输入、微生物处理、稳定化和物理再分配是否协调一致。青藏高原还正在经历快速的气候圈和生态变化,冰川和多年冻土研究突出了其对增暖和融化相关碳风险的高度敏感性(Yao et al., 2012; Hugelius et al., 2014; Schuur et al., 2015; Wang et al., 2020)。区域草地研究进一步表明,SOC储量在高原范围内随气候、植被和土壤条件强烈变化(Yang et al., 2008)。
现有的区域评估通常只考察这一耦合问题的一个方面。植被研究量化NDVI、NPP、GPP或物候的变化,并常常将生产力增加解释为积极的生态信号。SOC研究则往往关注碳储量、碳密度或趋势模式,而未追问所观察到的SOC响应是否与同时期的植被增强相称。因此,植被—土壤碳耦合通常从平行趋势中推断出来,而非通过明确的响应充足性框架进行诊断。这一点之所以重要,是因为全球土壤碳储量巨大、响应缓慢,且容易受到增暖和土地管理的影响(Lal, 2004; Scharlemann et al., 2014; Crowther et al., 2016; Minasny et al., 2017)。
因此,生产力趋势与SOC趋势之间的直接比较是不够的。同样的生产力增加不应被期望在森林/灌丛区域、亚高山草甸/草地、湿地/谷地系统和亚高山荒漠/稀疏植被区产生相同的SOC响应,因为这些区域在植物输入途径、土壤深度、水分条件、热状态和稳定化过程方面存在差异。有意义的比较需要一种参照条件:所观察到的SOC响应应与在相似生态条件和类似生产力增强下估计的期望响应进行评估。
这一差距促使我们提出三个问题:在考虑生态和放牧背景后,植被生产力增强与低于预期的SOC响应在哪些区域同时发生?在解决产品不确定性和空间依赖性后,这种SOC响应缺失(CSD-SOC)模式中有多少得以保留?哪些环境条件对有针对性的野外验证最具信息量?
我们预期,放牧校正将改变局部估计值但保留宽泛的CSD-SOC模式,且空间验证的解释力将低于随机像元划分。我们还考察了0–100 cm层结果较弱是否与更大的SOC产品不确定性相吻合。