青藏高原碳氮循環(huán)過(guò)程
青藏高原生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮著重要的生態(tài)功能，包括水土保持、生物多樣性保護(hù)、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候以及碳匯等，但近年來(lái)，在氣候變化和人類活動(dòng)強(qiáng)度增加影響下青藏高原生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)過(guò)程正發(fā)生著變化，進(jìn)而改變了其生態(tài)功能。盡管過(guò)去對(duì)青藏高原碳氮循環(huán)動(dòng)態(tài)變化已有眾多研究，但對(duì)青藏高原各生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)過(guò)程及其關(guān)鍵性因子尚未進(jìn)行系統(tǒng)梳理，制約了區(qū)域尺度生態(tài)功能維持策略和適應(yīng)性管理。
中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所陳槐研究員在Nature Reviews Earth & Environment發(fā)表綜述文章，陳槐研究員及其合作者綜述了兩百余篇相關(guān)論文和大量樣點(diǎn)通量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)了青藏高原上的碳氮循環(huán)變化及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，指出草地可持續(xù)管理、生態(tài)工程和綠色技術(shù)發(fā)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(diǎn)如下：
（1）青藏高原植物生物量碳儲(chǔ)量相對(duì)較小，但土壤碳和氮儲(chǔ)量較大。
青藏高原是我國(guó)重要的碳庫(kù)，90%以上的碳存儲(chǔ)在土壤當(dāng)中，研究表明青藏高原表層（1 m）土壤碳儲(chǔ)量高于480億噸，3 m土壤的碳儲(chǔ)量更是高達(dá)736億噸，受永久凍土影響的深層土壤 （3-25 m）儲(chǔ)量約1272億噸。青藏高原永久凍土區(qū)2 m土壤氮儲(chǔ)量為17.2億噸，但目前缺乏對(duì)整個(gè)青藏高原土壤氮儲(chǔ)量的估算（圖1）。
圖1 青藏高原的碳氮儲(chǔ)量
（2）青藏高原變暖變濕，從一定程度上增強(qiáng)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(tài)系統(tǒng)每年碳凈吸收約為44百萬(wàn)噸。促使青藏高原碳匯功能增加的一個(gè)原因是20世紀(jì)80年代以來(lái)在草地變綠影響下青藏高原凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的持續(xù)增長(zhǎng)。作為青藏高原甲烷排放的主要來(lái)源，濕地和水體甲烷排放占了整個(gè)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(shù)據(jù)顯示，青藏高原每年排放甲烷仍維持在0.96百萬(wàn)噸左右。
圖2 青藏高原不同生態(tài)系統(tǒng)的碳氮通量
（3）青藏高原生物地球化學(xué)循環(huán)中的四個(gè)重要限制為：植物生長(zhǎng)的溫度限制、生態(tài)系統(tǒng)的氮限制、土壤微生物的碳限制和干旱半干旱生態(tài)系統(tǒng)的土壤水分限制。
氣候變暖直接緩解了高原植物生長(zhǎng)的溫度限制，促進(jìn)了植物生長(zhǎng)。而植物生長(zhǎng)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(yīng)的影響，土壤微生物的活性進(jìn)一步增強(qiáng)，特別是氮循環(huán)相關(guān)微生物的活性增強(qiáng)，會(huì)緩解生態(tài)系統(tǒng)的氮限制。另外，對(duì)于受土壤水分限制的干旱半干旱生態(tài)系統(tǒng)而言，土壤水分變異性的加劇可能會(huì)緩解土壤水分的限制，從而決定著這些生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化響應(yīng)的方向和強(qiáng)度。氣候變化和人為活動(dòng)導(dǎo)致了冰川和凍土融化，同時(shí)，輕度或者中度放牧通過(guò)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(shí)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(chǔ)量。而重度放牧和嚴(yán)重的凍土融化一方面增加了土壤侵蝕和有機(jī)碳礦化，一方面減少了植物碳的輸入，導(dǎo)致了青藏高原土壤碳氮大量損失。
圖3 碳氮循環(huán)的影響因子與關(guān)鍵限制
展望：盡管未來(lái)青藏高原將繼續(xù)經(jīng)歷變暖和降水增加，《全國(guó)重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃（2021—2035 年）》中“青藏高原生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)重大工程”是該規(guī)劃的九個(gè)重大工程之一，青藏高原將采取更為積極合理的恢復(fù)和碳減排措施，包括可持續(xù)草地管理、生態(tài)修復(fù)工程和綠色技術(shù)發(fā)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(xù)發(fā)展。為支持可持續(xù)的、基于科學(xué)的青藏高原生態(tài)系統(tǒng)管理和生態(tài)補(bǔ)償政策的制訂，亟需對(duì)整個(gè)高原的碳、氮、磷儲(chǔ)量進(jìn)行詳細(xì)普查和估算，建立通量監(jiān)測(cè)和原位模擬實(shí)驗(yàn)研究網(wǎng)絡(luò)；亟需開展對(duì)青藏高原生態(tài)系統(tǒng)磷循環(huán)及其機(jī)理研究，完善基于過(guò)程的涵蓋人類活動(dòng)情景的多尺度生態(tài)系統(tǒng)模型。
該綜述文章發(fā)表于Nature Reviews Earth & Environment，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所高寒草地與濕地項(xiàng)目組陳槐研究員為該論文第一作者和通訊作者，中國(guó)科學(xué)院青藏高原地球系統(tǒng)與資源環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院王艷芬教授為該論文共同通訊作者。該研究得到第二次青藏高原綜合科學(xué)考察（2019QZKK0304）和中國(guó)科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA2005010404）聯(lián)合資助。