青藏高原高寒草地生态系统碳利用效率对气候变化的响应特征

The carbon use efficiency (CUE or NPP/GPP) is a key parameter of ecosystem carbon cycling, which determines the ecosystem capacity of converting photosynthetic products into net productivity (i.e. capacity of carbon fixation). Many ecosystem productivity studies assumed that CUE is a constant parameter regardless of environment and ecosystem types. Recently, the assumption has been intensively challenged. The related studies have been barely conducted on the alpine grassland ecosystems. In this study, we will select three typical alpine grassland ecosystems under varying environment of temperature and precipitation and composed of distinct species. The three ecosystems lie in HaiBei, Dangxiong and Naqu, respectively. The response of NPP, GPP and NPP/GPP to climate change will be explored using field measured NPP and GPP. In the meantime, the traits of NPP/GPP of the alpine grassland ecosystem will be compared with other grassland ecosystems. The objectives of this study are to reveal the mechanisms behind the response of NPP/GPP to climate change, improve the accuracy of ecosystem productivity models, and minimize the ecosystem productivity modeling uncertainty for the alpine ecosystems on the Tibetan plateau, consequently to provide theoretic basis for predicting response of alpine grassland ecosystem to climatic changes.

碳利用效率（CUE或NPP/GPP）是陆地生态系统碳循环过程的重要参数，它决定了植物将光合作用生成的有机物转化成净生产力的能力（即植被固碳能力）。以往的很多研究都假设CUE是不随环境和生态系统类型改变的固定常数。而近些年来的许多研究表明，CUE是固定常数的假设存在较大的争议，但在高寒草地生态系统中的相关研究还鲜见报道。本研究在青藏高原沿海拔梯度选择三个有着不同水、热和物种组成的高寒草地生态系统，分别位于海北、当雄和那曲。通过对NPP和GPP的精细测量，探讨NPP和GPP及NPP/GPP对气候变化的响应特征，同时比较高寒草地NPP/GPP与全球其它草地生态系统之间的差异。研究结果旨在揭示CUE对气候变化响应的特征及其机理，进而为提高生态系统生产力模型在青藏高原草地的模拟精度提供机理支持，降低青藏高原草地生态系统CUE特征的不确定性，也为预测气候变化对青藏高原草地生态系统的影响提供理论依据。

碳利用效率（CUE或NPP/GPP）是陆地生态系统碳循环过程的重要参数，它决定了植物将光合作用生成的有机物转化成净生产力的能力（即植被固碳能力）。以往的很多研究都假设CUE是不随环境和生态系统类型改变的固定常数。而近些年来的许多研究表明，CUE是固定常数的假设存在较大的争议，但在高寒草地生态系统中的相关研究还鲜见报道。本项目首先基于那曲、当雄和海北3个典型高寒生态系统的碳通量数据及实验观测数据详实的阐明了GPP对生物和非生物响应特征，并在此基础上比较了环境因子和生物因子在不同时间尺度对CUE组分调控的异质性；实地观测结合CASA模型生成了高寒草地2001-2015年NPP数据集，并分析不同草地类型NPP的时空变化特征及其在不同时间尺度上对气候变化因子响应的差异性。其次，在上述研究基础上分析MODIS数据集2000-2015年CUE在高寒生态系统时空变异特征，发现从2000-2015年CUE整体呈现降低趋势，同时本项目整合青藏高原10个OTC增温实验点的数据以及TRENDY模型数据计算CUEe（NEP/GPP），点实验和整合结果分析发现CUEe与温度表现出显著的先平稳下降后显著降低的非线性响应趋势，TRENDY模型数据同样发现CUEe和温度的负相关关系，主要是增温显著改变了CUEe组分关系以及CUEe对梯度增温中的土壤湿度和植被盖度的非线性响应。最后，在上述研究成果基础上，我们比较分析那曲、当雄和海北三个典型高寒生态系统的CUEe发现生长季的季节动态存在明显差异，并且不同环境因子对其调控程度也存在差异；整合全球不同植被类型的CUE并结合MODIS数据计算出的CUE分析发现，不论整个全球尺度还是典型生态系统中（草地和森林），CUE均是随着土壤营养的降低而降低，并且研究进一步发现高寒生态系统中的CUE明显高于全球其他生态的CUE。研究结果揭示了CUE对气候变化响应的特征及其机理，进而为提高生态系统生产力模型在青藏高原草地的模拟精度提供机理支持，降低青藏高原草地生态系统CUE特征的不确定性，也为预测气候变化对青藏高原草地生态系统的影响提供理论依据。