放牧逆转青藏高原气候变暖导致的土壤碳增益：可持续管理的关键需求

本研究针对青藏高原土壤碳库在气候变暖和放牧双重压力下的动态变化这一关键科学问题，通过整合大规模土壤调查、配对放牧实验和土壤培养实验，构建了约束性三库土壤碳模型。研究发现虽然气候变暖将使高原土壤成为碳汇，但超过一半的碳增益存在于活性碳库中易受干扰；而持续放牧几乎完全抵消气候带来的碳增益。该研究为优化放牧管理以维持高原土壤碳汇功能提供了关键科学依据，并强调将放牧影响纳入地球系统模型的重要性。

　　

作为"地球第三极"的青藏高原拥有全球最大的高山多年冻土区，其土壤中储存着约53±13 PgC（1 PgC=10¹⁵克碳）的有机碳，相当于全球土壤碳储量的2-3%。然而，这个巨大的碳库正面临双重威胁：一方面，高原气温以超过全球平均水平两倍的速度上升；另一方面，作为当地居民主要生计方式的畜牧业发展导致放牧压力持续增加。传统观点认为气候变暖会加速土壤碳分解，但这一预测存在模型约束不足的关键问题。同时，放牧对土壤碳库的影响机制尚不明确，导致难以制定科学的放牧管理政策。

中国科学院青藏高原研究所的研究团队在《Nature Communications》发表的最新研究，通过整合4170个土壤剖面数据、296组放牧对比观测和19个长期土壤培养实验，构建了观测约束的三库（fast、slow和passive pools）土壤碳模型。研究发现：在气候变暖情景下，青藏高原土壤到2060年将成为碳汇（吸收5.6-6.2 TgC yr^-1），但63-70%的碳增益存在于活性碳库中，使其易受极端事件影响；而维持当前放牧强度将使这些气候带来的碳增益几乎完全被抵消。该研究首次量化了放牧对高原土壤碳库的关键调控作用，为制定可持续放牧政策提供了科学依据。

研究采用三项关键技术方法：(1)整合4170个土壤剖面（0-300 cm）数据，使用随机森林算法构建深度特异性土壤碳储量模型；(2)基于19个长期土壤培养实验和放射性碳测年数据，约束三库土壤碳模型的固有周转时间（τ_i）；(3)分析296组放牧对比实验数据，建立放牧强度-土壤碳响应关系模型，并耦合CMIP6气候模型预测未来情景。

【Results and discussion】部分的主要发现包括：

【Active carbon pool dominates future climate-induced soil carbon increases】通过观测约束模型预测，到2060年青藏高原1米深度土壤碳储量将增加261-292 TgC，其中活性碳库（fast pool）贡献63-70%。这种分布格局增加了碳库对干扰的脆弱性。研究还评估了热喀斯特（thermokarst）过程的影响，发现其导致的额外碳损失（160 TgC）可能抵消约55%的气候变暖带来的碳增益。

【Grazing will reduce soil carbon stocks amid future climate change】基于296组放牧实验数据的分析显示，放牧对土壤碳的影响取决于土壤粘粒含量和放牧强度。在粘粒含量<22%的粗质地土壤中，碳储量随放牧强度增加而线性减少；而在粘粒含量>22%的细质地土壤中，呈现先增后减的抛物线关系。模型预测表明，维持当前放牧政策将使土壤碳损失259-287 TgC，即使采用"草畜平衡"管理方案，仍将损失209-238 TgC。

研究结论指出，虽然青藏高原土壤在变暖条件下将继续作为碳汇，但放牧活动几乎完全抵消了这一气候效益。特别值得注意的是，气候变暖增加的碳主要存在于活性碳库中，使其更易受干扰。研究强调必须优化放牧管理（如轮牧或定期围栏）以维持土壤碳汇功能，同时呼吁在地球系统模型（Earth System Models, ESMs）中纳入放牧对土壤碳的影响。这一发现对制定高原地区气候变化适应政策和可持续畜牧业发展策略具有重要指导意义。