植被净初级生产力（NPP；包括地上和地下两个部分）是草地碳循环的关键组分，在大尺度、高精度水平上评估量化草地NPP并探索其主要环境控制因素，对于准确理解全球碳循环，以及草地生产力不同组分对未来气候变化的潜在响应至关重要。
中国草地分布广泛，占国土总面积约40%。然而，由于气候和人为因素的综合影响，中国90%的天然草地正在退化，表现为植被生产力降低和生物多样性丧失。作为评估草地生态系统功能的核心指标，净初级生产力（NPP），尤其是地下部分（BNPP），对维持草地生态系统健康至关重要。然而，传统BNPP观测方法存在测量误差大、耗时耗力等问题，限制了对大尺度草地BNPP的准确评估。对此，中国科学院大气物理研究所和北京师范大学的研究人员综合使用了508个地面调查样点的ANPP数据与卫星NPP产品MODIS的数据（图1），来计算站点尺度的BNPP，并与部分实地观测数据进行了校验。此外，研究人员利用机器学习模型定量评估了气候、地形、土壤等环境因素对地上地下净初级生产力（ANPP和BNPP）的贡献，并绘制了中国北方天然草地ANPP和BNPP的1公里高分辨率空间分布图（图2和图3）。
研究结果表明，中国北方草地的ANPP和BNPP平均值分别为154 g m-2和273 g m−2，其中BNPP占总NPP约62%。空间上，东北部草地生产力高于西南。气候因素是影响ANPP的主要驱动力，地形因素对BNPP的影响更为显著（图4）。这表明，未来气候变化可能导致ANPP波动加剧，而BNPP相对稳定。由于BNPP是草地土壤碳库的最重要碳输入来源，草地土壤碳库对未来气候变化可能表现出一定的韧性。该研究深化了对中国北方草地ANPP和BNPP时空格局及其环境驱动因素的认识。
图1 中国北方草地地上（ANPP）和地下（BNPP）净初级生产力观测样点分布
图2 地上净初级生产力（ANPP）的空间格局（a）和不确定性（b）
图3 地下净初级生产力（BNPP）的空间格局（a）和不确定性（b）
图4地上净初级生产力（ANPP）和地下净初级生产力（BNPP）对环境因子的响应。图中显示了基于随机森林模型的预测因子对ANPP（a）和BNPP（c）的相对重要性。图中还展示了ANPP（b）和BNPP（d）对五个最重要控制因素的偏依赖图。
最近，上述成果以“Distinct environmental controls on above- and below-ground net primary productivity in Northern China’s grasslands”为题发表在Ecological Indicators上，论文第一作者为中国科学院大气物理所博士研究生郑浩钧，通讯作者为北京师范大学地理科学学部王国成副教授。北京师范大学地理科学学部宋长青教授、杨晓帆教授、中国科学院大气所张稳研究员、植物所孙文娟研究员共同参与了这项研究。研究得到了国家自然科学基金项目“内蒙古草地碳汇变化和固碳潜力研究”（42375116）的资助。
【论文信息】
Zheng, H., Yang, X., Song, C., Zhang, W., Sun, W., & Wang, G. (2024). Distinct environmental controls on above- and below-ground net primary productivity in Northern China’s grasslands. Ecological Indicators, 167, 112717.
https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2024.112717
