生态系统碳利用效率（carbon use efficiency，CUE）是衡量碳汇效率与稳定性的关键指标。以往研究多聚焦于环境变化如何通过影响光合作用、呼吸作用等生理过程调控CUE。然而，生态系统中植被冠层结构所介导的生物物理过程，可能通过改变微气候条件和资源利用效率，影响光合与呼吸之间的平衡，从而对CUE产生重要影响。这一过程的实证研究和机制解析仍相对不足。
中国科学院植物研究所刘玲莉研究团队以内蒙古温带典型草地为研究对象，依托连续5年的野外冬季增雪控制实验，并结合多年高频生长季生态系统碳通量观测、物种调查和冠层结构分析，系统揭示了冬季增雪提升草地生态系统CUE的调控机制与作用路径。研究发现，该过程主要受资源介导的生理过程和冠层结构介导的生物物理过程共同驱动。具体而言，增雪通过同步提高土壤氮和水分的可利用性，协同增强了养分的吸收与利用效率，从而提升了植物的氮利用效率（NUE）；与此同时，增雪处理下具有更高NUE且株高更大的C3禾草逐渐占据优势，进一步提高了群落尺度的NUE；生理效率的提升与物种组成的转变共同增强了NUE，不仅有效缓解了植物代谢过程的维持性呼吸，还促进了生物量积累和冠层体积增加。更大的冠层体积，一方面通过改善光截获能力提高生态系统总初级生产力，另一方面通过增强遮阴效应降低下层微气候温度，且夜间降温作用尤为明显，从而有效抑制了异养呼吸。由此，增雪通过增强碳吸收并限制呼吸过程中的碳损失，最终提高了生态系统CUE。总体而言，该研究阐明了冠层结构介导的生物物理过程在调控草地碳汇动态中的关键作用，强调在草地保护与生态修复实践中，应更加重视植被结构的优化与调控。
该研究成果于1月2日正式发表于国际学术期刊Journal of Ecology。植物所助理研究员李平为论文第一作者，刘玲莉研究员为通讯作者。植物所苏艳军研究员和胡天宇副研究员等参与了此项研究。该研究得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。
文章链接：http://dx.doi.org/10.1111/1365-2745.70229
冬季增雪提升温带草地生态系统碳利用效率的作用机制