当前地球正在经历着以气候变暖为主要特征的全球变化。青藏高原由于面积巨大和碳储量较高，被认为对气候变化比较敏感，在全球碳循环中扮演着关键角色，是研究生态系统碳过程对气候变暖响应的关键地区。因此，研究青藏高原高寒草地生态系统碳通量对气候变暖的响应，是当前全球变化生态学领域的研究热点。然而，目前已有的增温实验大多是对植物和/或表层土壤进行增温，对深层土壤（>30 cm）的增温效果有限。因此，全剖面土壤增温对生态系统碳通量的影响及背后的机制仍不清楚。

  基于上述研究背景，北京大学城市与环境学院朱彪研究团队基于在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站（以下简称“海北站”）建立的全剖面土壤增温实验平台，通过2018-2020年共3年的野外原位观测试验，开展了生态系统碳通量（包括总生态系统生产力GEP、生态系统呼吸ER、净生态系统碳交换NEE等三个组分，2018-2020年，3年野外原位观测）对全剖面土壤增温（0-100 cm，+4°C）的响应的研究。同时通过全球整合分析（Meta-analysis）的方法，基于已经发表的48篇文献（非全土壤或全生态系统增温，均为近地表增温），共计208条数据，研究增温了对全球陆地生态系统碳通量的影响及调控因素。
       研究发现，全土壤增温会显著影响总生态系统生产力，接近显著（P<0.10）影响生态系统呼吸，但是对净生态系统碳交换没有显著影响（图1）。分年来看，在2018年全土壤增温不显著改变生态系统碳通量过程，但是在2019年全土壤增温显著提高总生态系统生产力和生态系统呼吸，接近显著降低净生态系统碳交换，在2020年全土壤增温接近显著提高总生态系统生产力和生态系统呼吸，但是不显著改变净生态系统碳交换；3年平均来看，增温显著提高总生态系统生产力14%，接近显著提高生态系统呼吸11%，对净生态系统碳交换影响较小（图2）。此外，生态系统碳通量与土壤温度（0-10 cm）之间存在着显著的正相关关系，表明温度越高，总生态系统生产力、生态系统呼吸、净生态系统碳交换过程越强（图3）。
       增温诱导的植物群落的改变和生长季的延长可能是总生态系统生产力和生态系统呼吸增加的主要原因；增温背景下增加的总生态系统生产力和生态系统呼吸相互抵消，是净生态系统碳交换没有被增温显著改变的主要原因。

  全球整合分析发现，增温（非全土壤增温）显著提高总生态系统生产力10%-11%，显著提高生态系统呼吸13%（图4），但是对净生态系统碳交换无显著影响。这个结果与全土壤增温对生态系统碳通量影响的结果差别不大。未来要更加关注非生长季生态系统碳通量的响应以及全球真实增温情景下（全生态系统增温或全土壤增温）地上植物群落对生态系统碳通量的贡献。
总体而言，在青藏高原高寒草地生态系统，全土壤增温会提高总生态系统生产力和生态系统呼吸，但是对净生态系统碳交换没有显著影响，这可能与增温会改变地上植物群落结构和延长植物生长季有关。此外，生态系统碳通量与土壤温度之间存在着显著的正相关关系。通过全球整合分析发现，增温（以草地生态系统和表层土壤增温为主）也显著提高总生态系统生产力和生态系统呼吸，但是对净生态系统碳交换影响较小。

  该研究于2025年7月23日以“Effects of whole-soil warming on ecosystem carbon fluxes in an alpine grassland”为题在线发表在Grassland Research期刊上。北京大学朱彪研究组博士后陈迎为论文第一作者，朱彪教授为论文通讯作者，韩孟光、申琪、秦文宽、张振华(中科院西北高原生物研究所)、贺金生（北京大学、兰州大学）为合作作者并有重要贡献。本研究受到国家重点研发计划(2022YFF0801902)、国家自然科学基金(32301426和32425038)、中国博士后科学基金(2022M720252和2024T170025)、中国科学院前沿交叉项目(xbzg-zdsys-202203)的资助。感谢青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站的各位老师和工作人员对本研究的支持和帮助。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/glr2.70017

图1 全剖面土壤增温对高寒草地生态系统碳通量的影响 (2018-2020)

图2 全剖面土壤增温对高寒草地生态系统碳通量的影响 (3年平均)

图3 高寒草地生态系统碳通量与土壤温度和水分（0-10 cm）之间的关系

图4 增温对陆地生态系统碳通量的影响（全球整合分析）