青藏高原土壤碳庫未來仍將增加，穩(wěn)定性卻在減弱
青藏高原土壤碳庫占生態(tài)系統(tǒng)碳庫總量的90%以上，是支撐青藏高原生態(tài)安全屏障功能的基石。野外觀測研究表明，氣候暖濕化總體上促進了高原土壤碳庫的累積。然而，隨著氣候變暖對植被生長的促進效應(yīng)逐漸趨于飽和，植物向土壤的碳輸入可能逐漸減少；同時，多年凍土退化加劇，特別是近年來頻發(fā)的極端熱融事件，正在加速土壤碳的釋放。因此，未來暖濕化是否持續(xù)增加土壤碳庫尚不明確。除劇烈氣候變化外，高原長期的放牧活動對高寒草地和高寒草甸的負面影響仍在持續(xù)，并在部分區(qū)域呈加劇趨勢。在自然變化與人類活動共同作用下，高原土壤碳庫是否將由過去的凈積累反轉(zhuǎn)為未來的凈流失，是高寒碳循環(huán)領(lǐng)域的研究難點。
為此，第二次青藏科考“環(huán)喜馬拉雅地區(qū)環(huán)境變化的全球聯(lián)動效應(yīng)”任務(wù)中國科學(xué)院青藏高原研究所生態(tài)系統(tǒng)功能與全球變化團隊在青藏高原開展了系統(tǒng)的網(wǎng)格化土壤采樣，整合了包括4170個土壤剖面調(diào)查數(shù)據(jù)和長期控制培養(yǎng)實驗在內(nèi)的多源觀測資料，構(gòu)建了一個基于多源觀測約束的簡化土壤碳循環(huán)模型，用于預(yù)測氣候變化對高原土壤碳庫的影響。該模型不僅系統(tǒng)考慮了多氣候因子的協(xié)同作用，還融合了土壤物理保護機制與根系激發(fā)效應(yīng)等最新理論認知，克服了基于野外增溫實驗結(jié)果開展預(yù)測的局限性，為更準(zhǔn)確評估土壤碳庫動態(tài)變化提供了新工具。
在未來持續(xù)暖濕化下，高原土壤碳庫整體仍呈積累趨勢。但新增土壤碳中超過50%將以活性或非保護性碳的形式存在(圖2)，這類碳組分對極端事件和放牧等干擾高度敏感，這將顯著削弱高原碳庫穩(wěn)定性。通過繪制高原極端熱融事件發(fā)生概率圖并結(jié)合野外實驗資料，研究粗略估算，極端熱融事件將抵消超過一半以上氣候變暖帶來的碳增益。此外，通過整合296組高原野外放牧試驗，定量評估了放牧活動及其與氣候變化的交互作用對土壤碳庫的影響：若延續(xù)歷史放牧管理模式，放牧引起的碳損失幾乎完全抵消氣候變暖帶來的碳增益；在實施草畜平衡管理政策的情境下，放牧仍造成土壤碳損失，但其負面影響將減弱(圖2)。研究團隊提出，亟需將放牧活動和多年凍土區(qū)域極端熱融事件對土壤碳庫的影響納入新一代地球系統(tǒng)模式-社會經(jīng)濟系統(tǒng)耦合模型中，為精準(zhǔn)優(yōu)化高寒生態(tài)系統(tǒng)碳庫穩(wěn)定性和維系高原生態(tài)安全屏障功能提供重要支撐。
該成果以“Grazing reverses climate-induced soil carbon gains on the Tibetan Plateau”為題，7月30日在線發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)期刊。中國科學(xué)院青藏高原研究所任帥博士為第一作者，汪濤研究員為通訊作者。研究獲得了國家重點研發(fā)項目和國家自然科學(xué)基金等項目資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62332-6
圖1?青藏高原多源觀測數(shù)據(jù)分布圖
圖2?不同氣候變化和放牧情景下高原土壤碳庫變化