二氧化碳（CO2）作為全球主要溫室氣體之一，其濃度正以每年2-3ppm的速度迅速上升，近年來(lái)更是達(dá)到前所未有的水平。隨著CO2濃度持續(xù)上升，全球氣候變暖程度逐漸加劇。截至2019年，全球平均氣溫水平相比于工業(yè)革命前已上升1.1℃，《巴黎協(xié)定》敦促各國(guó)政府將全球平均氣溫上升限制在遠(yuǎn)低于工業(yè)革命前水平的2.0℃，并努力將其限制在1.5℃。如何削減二氧化碳帶來(lái)的溫室效應(yīng)是當(dāng)下人類(lèi)社會(huì)面臨的重要難題，而減少區(qū)域碳排放量或人均碳排放量被認(rèn)為是有效的碳減排途徑。中國(guó)政府在2020年聯(lián)合國(guó)大會(huì)第75屆會(huì)議上宣布了“雙碳”目標(biāo)，力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，以促進(jìn)生態(tài)保護(hù)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。中國(guó)作為全球最大的人工林和天然林資源擁有國(guó)，當(dāng)前正通過(guò)森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、自然擴(kuò)張和可持續(xù)管理等策略，有效地吸收和儲(chǔ)存大量二氧化碳。相關(guān)研究表明，中國(guó)森林在吸收和固定大氣碳等方面發(fā)揮了顯著作用，在應(yīng)對(duì)氣候變化方面具有積極影響。為了準(zhǔn)確量化森林碳固存潛力，科學(xué)家們正在不斷建立更多實(shí)地監(jiān)測(cè)站點(diǎn)并生成綜合數(shù)據(jù)集，以評(píng)估、模擬并預(yù)測(cè)不同尺度生態(tài)系統(tǒng)碳收支狀況。渦度相關(guān)方法提供了長(zhǎng)期連續(xù)的碳通量計(jì)算，為模型建立和校準(zhǔn)提供了科學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在城市地區(qū)、農(nóng)田、草地、森林和水體等多種生態(tài)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
青藏高原被稱(chēng)為“世界水塔”，水分被大量的冰川、積雪、湖泊和河流儲(chǔ)存并運(yùn)送到周邊地區(qū)，滋潤(rùn)涵養(yǎng)了廣闊的亞洲地區(qū)民眾。多站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)表明，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，青藏高原經(jīng)歷了持續(xù)變暖，特別是青藏高原東部變得更加溫暖濕潤(rùn)。在全球氣候變化日漸加劇的背景下，青藏高原越來(lái)越受到其它地區(qū)的深刻影響，深入了解氣候變化背景下的高寒生態(tài)系統(tǒng)碳動(dòng)態(tài)有助于人們更深刻地理解區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、生物多樣性保護(hù)和水土資源保持等重要議題。陸地蒸散量（Evapotranspiration，ET）表征了氣候、植被、土壤和地理的復(fù)雜相互作用，同時(shí)充當(dāng)連接植被、土壤和氣候的紐帶，是水循環(huán)和能量平衡中不可或缺的重要組成部分。區(qū)域蒸散量可直觀展現(xiàn)一定地理空間內(nèi)的傳統(tǒng)氣候類(lèi)型和濕度狀況，揭示該地區(qū)干濕的時(shí)空演變特征和變化規(guī)律。蒸散不僅通過(guò)參與生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)影響地區(qū)氣候，同時(shí)也被多個(gè)環(huán)境因素共同決定，對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)的蒸散，目前公認(rèn)的決定因素有太陽(yáng)輻射與地面輻射、土壤水分、空氣溫濕度、飽和水汽壓差等，鑒于區(qū)域差異與生態(tài)系統(tǒng)多樣化，各個(gè)環(huán)境因子對(duì)蒸散的貢獻(xiàn)度各有不同，因此，多因子影響下的森林生態(tài)系統(tǒng)水分散失原理更需要去深入研究了解。
碳循環(huán)與蒸散、能量平衡之間存在密切聯(lián)系，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)中復(fù)雜而相互依存的過(guò)程。植物通過(guò)光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，并將其存儲(chǔ)在植物體內(nèi)，隨著植物蒸騰進(jìn)行，水分以水蒸氣的形式被釋放到大氣中，同時(shí)釋放一定量氣態(tài)碳，部分最終以二氧化碳的形式返回大氣，這均將導(dǎo)致地球表面氣體組成發(fā)生變化，進(jìn)而影響地球能量平衡。能量平衡受太陽(yáng)輻射、大氣和地表之間相互作用影響，而碳循環(huán)變化可以通過(guò)影響溫室氣體濃度，從而調(diào)節(jié)大氣中能量傳遞和輻射平衡。因此，碳循環(huán)、蒸散和能量平衡相互聯(lián)系，共同維持了地球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和氣候平衡。
本系列研究工作以西藏自治區(qū)三江并流核心區(qū)為研究區(qū)，該區(qū)海拔變化明顯，山區(qū)地形復(fù)雜多樣，是從中國(guó)西南部進(jìn)入青藏高原的“門(mén)戶(hù)”，也是研究區(qū)域生物多樣性、山地生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)、植被恢復(fù)和重建以及其它重大生態(tài)科學(xué)問(wèn)題的熱點(diǎn)地區(qū)。盡管青藏高原涵蓋了分布相當(dāng)廣泛的高寒森林，但以往利用渦度相關(guān)法開(kāi)展青藏高原東部森林碳-水-熱動(dòng)態(tài)狀況的研究并不多見(jiàn)，這些森林的碳-水-熱動(dòng)態(tài)在目前以及氣候變化背景下將如何變化仍不明確。用于研究青藏高原森林碳水循環(huán)與能量交換的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并不多，目前還存在相當(dāng)大的數(shù)據(jù)空白?；诖耍狙芯吭O(shè)置位于亞高山生態(tài)系統(tǒng)的通量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，進(jìn)行了為期三年的持續(xù)監(jiān)測(cè)，并同步測(cè)量了周?chē)奈庀蟓h(huán)境因子。
植物功能生態(tài)與重大工程區(qū)鄉(xiāng)土植被恢復(fù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生朱牛同學(xué)（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)）在王金牛副研究員指導(dǎo)下，依托西藏芒康野外生態(tài)監(jiān)測(cè)站（已列入首批自治區(qū)野外科學(xué)觀測(cè)研究站，我所為共建單位）的紅拉山滇金絲猴國(guó)家自然保護(hù)區(qū)渦度通量森林研究位點(diǎn)開(kāi)展了碳-水-熱通量研究（圖1）。結(jié)果表明，亞高山森林具有明顯的季節(jié)性碳動(dòng)態(tài)，夏季和秋季CO2交換率高，冬季和春季低，秋季是亞高山森林碳固持的高峰期。分析顯示，光合有效輻射（PAR）是驅(qū)動(dòng)凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換（NEE）的主要環(huán)境因素，顯著影響森林和碳吸收，相對(duì)濕度（RH）增加降低了碳固定。在年尺度上，亞高山森林作為較大的碳匯，其平均凈生態(tài)系統(tǒng)交換量為?332至?351g C/m2（2020-2023年）。本研究還探討了青藏高原不同高寒生態(tài)系統(tǒng)碳固持貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)植被覆蓋度高的生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出更高的年累積碳固持量，在這些生態(tài)系統(tǒng)中，森林顯示出最高的碳固持潛力，平均每年達(dá)到368g C/m2。不同生態(tài)系統(tǒng)的碳固持潛力為：森林>草地>草原>灌叢。研究表明濕地是二氧化碳的重要來(lái)源。根據(jù)現(xiàn)有結(jié)果，在區(qū)域范圍上海拔的增加可能導(dǎo)致碳吸收減少，較高的年均溫度顯著增加了碳吸收，年均降水量對(duì)凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換的影響相對(duì)較弱。在水循環(huán)方面，亞高山森林水分散失過(guò)程主要包括地表蒸發(fā)和植被蒸騰作用，以各月半小時(shí)相同時(shí)刻測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù)，得到各月份蒸散日內(nèi)變化平均值（圖6）。蒸散通量表現(xiàn)出明顯的月份差異及“U”形曲線特征。極端天氣更可能在冬春季節(jié)引起不規(guī)則的變化。夏秋季節(jié)降水相對(duì)較多，環(huán)境更適合植物生長(zhǎng)，蒸散的日變化幅度在生長(zhǎng)季大于非生長(zhǎng)季，生長(zhǎng)季與非生長(zhǎng)季存在顯著差異。亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)中蒸散變化受多種因素影響（圖7）。凈輻射對(duì)蒸散影響最大，而相對(duì)濕度影響最小。除了相對(duì)濕度外，所有環(huán)境因素都與蒸散呈正相關(guān)。森林蒸散對(duì)飽和水汽壓差的響應(yīng)最為敏感。
階段性系列成果以朱牛為第一作者，王金牛副研究員為通訊作者分別以“三江并流核心區(qū)亞高山森林非生長(zhǎng)季凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量及其影響因素”（原文鏈接1），“Unveiling evapotranspiration patterns and energy balance in a subalpine forest of the Qinghai–Tibet Plateau: observations”（原文鏈接2），“Using Eddy Covariance Observations to Determine the Carbon Sequestration Characteristics of Subalpine Forests in the Qinghai-Tibet Plateau”（原文鏈接3）為題，發(fā)表于國(guó)內(nèi)外主流學(xué)術(shù)期刊《生態(tài)學(xué)報(bào)》，Journal of Forestry Research，Biogeosciences（歐洲地學(xué)聯(lián)合會(huì)EGU旗艦刊）。本研究得到中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所吳寧研究員，西北生態(tài)環(huán)境資源研究院羅棟梁研究員、王旭峰研究員等諸位同行的大力幫助與指導(dǎo)。研究成果受到中國(guó)科學(xué)院西部之光西部青年學(xué)者項(xiàng)目（2021XBZG-XBQNXZ-A-007），中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31971436），西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（SKLCS-OP-2021-06）的聯(lián)合支持。
圖1 紅拉山滇金絲猴國(guó)家自然保護(hù)區(qū)亞高山森林通量站點(diǎn)（圖1-1：研究樣地在三江并流的地理位置；圖1-2渦度通量塔及植被背景特寫(xiě)；圖1-3：研究樣地亞高山森林景觀圖）
圖2 2020年11月—2022年10月亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)的月平均碳通量變化
圖3 亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)的碳凈交換量與主要環(huán)境因子的關(guān)系
圖4 青藏高原通量研究站點(diǎn)及其生態(tài)系統(tǒng)碳交換潛力匯總分析
圖5 研究樣點(diǎn)亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)的碳通量與蒸散的年際對(duì)比
圖6 亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)的月平均蒸散動(dòng)態(tài)（2020年11月—2021年10月）
圖7 亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)的蒸散與主要環(huán)境因素的關(guān)系
附圖
附圖1?西藏自治區(qū)芒康生態(tài)監(jiān)測(cè)臺(tái)站“一站多點(diǎn)”圖示
附圖2?院士專(zhuān)家團(tuán)與自治區(qū)領(lǐng)導(dǎo)考察指導(dǎo)紅拉山亞高山森林監(jiān)測(cè)站點(diǎn)工作
注：西藏自治區(qū)生態(tài)環(huán)境廳為了長(zhǎng)期有效監(jiān)測(cè)西藏生態(tài)安全屏障的功能發(fā)展態(tài)勢(shì)，依照《西藏生態(tài)安全屏障保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃》（2008-2030年）設(shè)立西藏生態(tài)安全屏障生態(tài)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)(Tibet Ecological Security Monitor Network,TESMN)，共計(jì)11個(gè)站，吸納了國(guó)內(nèi)院所校技術(shù)支撐單位。芒康野外生態(tài)監(jiān)測(cè)站為我所與西藏自治區(qū)生態(tài)環(huán)境廳共建臺(tái)站，站點(diǎn)覆蓋芒康（總站）、左貢、八宿三縣域共計(jì)10處監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)。2023年入選首批西藏自治區(qū)野外科學(xué)觀測(cè)研究站。