植被冠层通过光合作用从大气中吸收固定CO₂，形成总初级生产力（Gross primary productivity, GPP），这一过程对于实现陆地生态系统固碳及“碳中和”目标起到重要作用。GPP的变化受到冠层结构（如植被覆盖度）和冠层生理属性的共同调节。青藏高原受气候变化影响较为敏感。然而，目前的研究尚不清楚冠层结构和生理属性的变化如何协同影响青藏高原植被生产力的变化趋势。针对这一问题，清华大学地学系王焓副教授课题组利用课题组开发的普适性植被生产力模型Pmodel（Productivity model）模拟了青藏高原植被生产力，发现其增加趋势在上世纪九十年代末减弱，并进一步定量解析了冠层结构与生理属性变化对植被生产力长期趋势的影响。相关研究以“青藏高原植被生产力的增加趋势在1990年代末减弱”（Vegetation productivity slowdown on the Tibetan Plateau around the late 1990s）为题发表在国际学术期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。

研究首先评估了Pmodel在对青藏高原植被生产力的模拟效果（图1）。通过与位于青藏高原不同植被类型的九个通量站点GPP观测数据对比，发现Pmodel在无需调参的情况下即能够很好地模拟通量站GPP的变化。模拟的GPP解释了观测GPP变化的84%，RMSE和NSE分别为0.89和0.71 g C m⁻² day⁻¹。

图1 Pmodel模拟GPP与观测GPP在青藏高原九个通量站点的比较。（a-i）9个站点观测年份的GPP时间序列。（j-k）9个站点模拟GPP与观测GPP的4天平均值和年平均值的散点图。

1982年至2015年的模拟结果显示，青藏高原植被生产力的增加趋势在1998年后逐渐减弱（图2）。1982至1998年，青藏高原约90%区域的GPP呈增加趋势，但增加趋势在1998年之后有所放缓。与前一时期相比，72%的区域增长趋势减缓，其中约四分之一区域GPP的变化趋势从增加转变为减少。

图2 1982至2015年青藏高原GPP的变化趋势。Trend1为1982-1998年的变化趋势，Trend2为1999-2015年的变化趋势，Difference表示Trend2减Trend1。

研究发现，由环境改变引起的冠层结构变化对青藏高原GPP增加趋势减缓的贡献远超过冠层生理属性的影响（图3）。研究认为，植被覆盖度等结构属性影响冠层吸收光合有效辐射的比例，而生理属性决定了冠层吸收全部光合有效辐射的最大潜在光合速率，二者均受到环境条件的影响并共同调节冠层GPP。冠层结构变化引起的GPP增加趋势减弱主要受到升温减弱和大气干燥度增强的影响，自1998年之后，尽管CO₂施肥效应在增强，但升温速率的减弱以及大气干燥度的增加对变绿趋势产生了明显的抑制效应，进一步减弱了植被生产力的增加趋势。研究强调了青藏高原高寒生态系统植被生产力和冠层绿度之间的耦合作用，进一步揭示了青藏高原气候-碳反馈的关系。

图3 青藏高原植被生产力增加趋势减缓的归因。A₀ effect表示环境通过改变冠层生理属性对GPP的影响，f_PAR effect表示环境通过改变冠层结构对GPP的影响，total effect则为环境作用到二者对GPP的总影响。

清华大学地学系2021级博士生任扬航为论文第一作者，导师王焓副教授为通讯作者，阳坤教授、李伟副教授为共同作者。该研究受到了国家自然科学基金等项目的支持，合作者包括来自中科院青藏所、海南大学等单位的研究人员。

文章链接：https://doi.org/10.1029/2023GL103865

供稿：任扬航

编辑：王佳音

审核：张强