科研首次系统揭示全球森林植物多样性对土壤呼吸作用的影响机制

在贫瘠森林如同发动机 在肥沃森林仅充当配角

唐晓鹿（左）与团队成员在分析数据。 　　受访者供图

唐晓鹿在野外收集数据。 　　受访者供图

　　若要在新疆阿勒泰与云南西双版纳等地开展植被修复工作，树种该如何选择与配置？如果缺乏科学评估机制，生态修复实践效果将受直接影响。如今，各地借助一套科学测算机制，可针对不同气候带实现精准修复。
　　这一转变，得益于天府永兴实验室固碳与生态修复研究所、成都理工大学裴向军教授及唐晓鹿研究员团队的最新成果。

　　近日，该团队联合国内外多家高校与科研机构，在国际顶级期刊《自然·通讯》发表研究文章，首次系统揭示全球森林植物多样性对土壤呼吸作用的影响机制。研究表明，植物多样性对土壤呼吸有促进作用，但存在关键转折点，其影响方向与强度会随森林生产力变化而改变。
　　“该发现有助于更精准预测全球碳循环，为森林碳汇管理与生物多样性保护提供差异化策略，也能科学指导‘碳中和’背景下的生态修复实践。”唐晓鹿说。

□四川日报全媒体记者 裴玉松

新发现
“发动机”与“配角”
　　土壤呼吸是陆地第二大碳通量，任何微小估算偏差都可能被放大。过去，传统模型常忽略植物多样性对碳循环的影响，或将其视为固定常数，致使全球碳平衡估算存在一定不确定性。
　　学界曾普遍认为“植物多样性越高，土壤呼吸越强（碳排放越多）”，但裴向军与唐晓鹿团队的研究有不同的观点。
　　“我们的核心发现是：植物多样性对土壤呼吸的影响，取决于森林的生产力水平。”唐晓鹿称，在不同生产力的森林中，这一影响存在转折点：当森林年生产力（以植被光合作用减去呼吸作用后剩余的干有机物计）超过1300克碳/平方米这个阈值时，植物多样性对土壤呼吸的促进作用会减弱甚至消失。
　　为找到这一关键转折点，团队开展长时间跨度的数据收集，进行大量建模验证实验，并采用先进技术手段排除多种干扰因素。
　　团队成员Benjamin Laffitte介绍，团队收集近40年野外观测数据，耗时两年多梳理分析海量数据。同时，通过统一数据筛选标准、多种方法交叉验证、序贯回归分析等手段，利用深度学习等前沿技术，区分气候、土壤等因素，有效量化植物多样性本身的独立影响。
　　最终，基于6355组实测数据训练出多尺度耦合模型，将预测精度提升至76%。结果显示，这一机制在不同气候带表现差异显著：植物多样性在贫瘠森林中如同“发动机”，在肥沃森林中仅充当“配角”。
　　最让唐晓鹿难忘的，是一个意外发现：团队首次按生产力分层分析时，发现高生产力区域中，多样性对土壤呼吸的影响曲线从上升转为平缓甚至略有下降。
　　“我们花近3个月反复检查数据、更换方法、排除各种可能，最终确认这是真实的生态现象。”唐晓鹿说，这个推翻重来的过程让他认识到，真正的科学突破，往往源于对异常值的执着探究。

新应用
科学指导森林碳汇管理
　　宜宾市长宁县龙头镇的万亩竹林，是唐晓鹿团队在全球设置的6300多个观测点之一。“3年前，我们主要收集分析生物多样性对土壤呼吸的影响数据，现在关注重点是土壤有机碳含量的变化。”唐晓鹿说。
　　唐晓鹿的最新研究成果，首次将植物多样性这一生物变量纳入全球尺度的碳通量预测模型。Benjamin Laffitte表示，这如同升级了科研人员的“计算器”，能更精准预测不同森林在未来气候变暖背景下的碳排放变化趋势。
　　团队研究成果为人工林营造、森林恢复及生态修复中植物多样性配置，提供了因地制宜的科学依据。
　　当前，主流碳汇模型大多假设土壤碳排放与植物输入呈线性关系，忽略多样性随生产力变化的复杂影响。团队研究成果提供可量化的非线性关系，未来可用于提升碳交易市场的核算精度。“例如，我们可为不同生产力水平的森林设定差异化的土壤碳排放系数，而非‘一刀切’。”唐晓鹿介绍。
　　团队计划将研究成果推广至草地土壤固碳与生态修复领域。下一步，他们将利用已有草地长期观测数据深化拓展对这一机制的认识，开展草地小型控制实验。唐晓鹿表示，团队将同步推动跨生态系统的全球数据整合，预计两三年内会有后续成果。