青藏高原生態系統發揮著重要的生態功能，包括水土保持、生物多樣性保護、調節區域氣候以及碳匯等，但近年來，在氣候變化和人類活動強度增加影響下青藏高原生態系統的碳氮循環過程正發生著變化，進而改變了其生態功能。盡管過去對青藏高原碳氮循環動態變化已有眾多研究，但對青藏高原各生態系統的碳氮循環過程及其關鍵性因子尚未進行系統梳理，制約了區域尺度生態功能維持策略和適應性管理。 

 中國科學院成都生物研究所陳槐研究員在Nature Reviews | Earth & Environment發表綜述文章，陳槐研究員及其合作者綜述了兩百余篇相關論文和大量樣點通量監測數據，總結了青藏高原上的碳氮循環變化及驅動機制，指出草地可持續管理、生態工程和綠色技術發展將抑制青藏高原溫室氣體排放，有助于維持青藏高原的碳匯功能。 

 該綜述文章的主要觀點如下： 

 （1）青藏高原植物生物量碳儲量相對較小，但土壤碳和氮儲量較大。 

 青藏高原是我國重要的碳庫，90%以上的碳存儲在土壤當中，研究表明青藏高原表層（1 m）土壤碳儲量高于480億噸，3 m土壤的碳儲量更是高達736億噸，受永久凍土影響的深層土壤 （3-25 m）儲量約1272億噸。青藏高原永久凍土區2 m土壤氮儲量為17.2億噸，但目前缺乏對整個青藏高原土壤氮儲量的估算（圖1）。 

　　圖1 青藏高原的碳氮儲量 

 （2）青藏高原變暖變濕，從一定程度上增強了植物固碳能力，但也增加了溫室氣體排放。 

 青藏高原自然生態系統每年碳凈吸收約為44百萬噸。促使青藏高原碳匯功能增加的一個原因是20世紀80年代以來在草地變綠影響下青藏高原凈生態系統生產力的持續增長。作為青藏高原甲烷排放的主要來源，濕地和水體甲烷排放占了整個高原的90%以上（圖2）。雖然草地吸收能力的提升部分抵消了甲烷排放的增加，但數據顯示，青藏高原每年排放甲烷仍維持在0.96百萬噸左右。 

 圖2 青藏高原不同生態系統的碳氮通量 

 （3）青藏高原生物地球化學循環中的四個重要限制為：植物生長的溫度限制、生態系統的氮限制、土壤微生物的碳限制和干旱半干旱生態系統的土壤水分限制。

 氣候變暖直接緩解了高原植物生長的溫度限制，促進了植物生長。而植物生長的增加，使其分配給地下的生物量（碳）也將增加，從而一定程度緩解了土壤微生物的碳限制（圖3）。再加上增溫效應的影響，土壤微生物的活性進一步增強，特別是氮循環相關微生物的活性增強，會緩解生態系統的氮限制。另外，對于受土壤水分限制的干旱半干旱生態系統而言，土壤水分變異性的加劇可能會緩解土壤水分的限制，從而決定著這些生態系統對全球變化響應的方向和強度。氣候變化和人為活動導致了冰川和凍土融化，同時，輕度或者中度放牧通過采食降低了草地的地上生物量，但一定程度上增加草地的地下生物量，同時向草地輸入了富含氮的糞便，這有助于維持草地土壤碳氮儲量。而重度放牧和嚴重的凍土融化一方面增加了土壤侵蝕和有機碳礦化，一方面減少了植物碳的輸入，導致了青藏高原土壤碳氮大量損失。 

 圖3 碳氮循環的影響因子與關鍵限制 

 展望：盡管未來青藏高原將繼續經歷變暖和降水增加，《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃（2021—2035 年）》中“青藏高原生態屏障區生態保護和修復重大工程”是該規劃的九個重大工程之一，青藏高原將采取更為積極合理的恢復和碳減排措施，包括可持續草地管理、生態修復工程和綠色技術發展，這些措施將抑制青藏高原溫室氣體排放，有助于青藏高原碳匯維持和可持續發展。為支持可持續的、基于科學的青藏高原生態系統管理和生態補償政策的制訂，亟需對整個高原的碳、氮、磷儲量進行詳細普查和估算，建立通量監測和原位模擬實驗研究網絡；亟需開展對青藏高原生態系統磷循環及其機理研究，完善基于過程的涵蓋人類活動情景的多尺度生態系統模型。 

 該綜述文章發表于Nature Reviews | Earth & Environment，中國科學院成都生物研究所高寒草地與濕地項目組陳槐研究員為該論文第一作者和通訊作者，中國科學院青藏高原地球系統與資源環境重點實驗室/中國科學院大學資源與環境學院王艷芬教授為該論文共同通訊作者。該研究得到中國科學院A類戰略性先導科技專項（XDA2005010404）和第二次青藏高原綜合科學考察（2019QZKK0304）聯合資助。 

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