摘要：许多研究表明高寒草甸生态系统对气候变化的反应更敏感，而增温作为气候变化的主要指示指标，其如何影响高寒草甸生态系统的结构和功能备受关注。然而，长期监测数据显示，气候变化包括增温和降温交替变化，但增温和降温的效应是否呈镜像关系则很少有人开展研究。

许多研究表明高寒草甸生态系统对气候变化的反应更敏感，而增温作为气候变化的主要指示指标，其如何影响高寒草甸生态系统的结构和功能备受关注。然而，长期监测数据显示，气候变化包括增温和降温交替变化，但增温和降温的效应是否呈镜像关系则很少有人开展研究。

▲ 不同海拔“双向”移栽试验示意图

图中数字为2006～2015 年不同海拔20cm 土壤平均湿度、5cm 土壤平均温度以及出现的总物种数

长期监测和模拟研究表明，冬季增温幅度大于夏季增温幅度，夜晚增温幅度大于白天增温幅度，这种非对称增温幅度的影响仍缺乏野外控制试验进行模拟研究，从而可能导致了人们对气候变化效应的片面认识。此外，随着人口增长和草地畜牧业的发展，人类活动特别是过度放牧对青藏高原生态环境产生了较大的不利影响。由此可见，气候变化和放牧正在并将继续共同作用于高寒草甸生态系统，但目前以单独开展气候变化研究或放牧研究居多，缺乏对它们潜在互作效应的研究，因此难以区分它们对高寒草甸生态系统的相对影响，进而制约了我们对高寒草甸生态系统退化驱动因子的理解和认识。

▲ 2006年建立的国际上第一个自动控制模拟增温试验平台

《青藏高原高寒草甸生态系统：气候变化与放牧的影响》

汪诗平等著. 北京：科学出版社，2024.10

有幸的是，《青藏高原高寒草甸生态系统：气候变化与放牧的影响》一书提供了两个创新且具有特色的试验。第一是沿着祁连山南麓不同海拔架设自动气象观测站进行连续12 年（2007～2018 年）的实地观测，对青藏高原东北缘及山体垂直带不同海拔的气候特征，以及近60 多年来气候变化趋势进行分析；在国际上率先利用山体垂直带“双向”移栽试验平台连续10 余年开展增温和降温对不同高寒草甸生态系统影响的研究，弥补了降温效应调控长期增温趋势下生态环境效应研究的空白。第二是于2006 年在国际上首次建立了自动控制红外加热系统与适度放牧耦合的试验平台，实现了晚上比白天增温高、冷季比暖季增温高等现实气候变化的不对称增温情景模拟，同时与适度放牧活动进行耦合，为理解和预测放牧背景下未来气候变化对高寒草甸生态系统的影响过程和机制提供了基础。

同时，该书利用长期监测技术、光合仪和气象色谱技术、微根管技术、同位素技术、分子生物学和基因芯片技术，从基因组、叶片、个体、种群、群落和生态系统等不同水平，深入研究了气候变化和放牧对高寒草甸微生物和植物群落组成、多样性、根系生产和周转、生产力及其稳定性的影响，并从叶片形态和寿命、生理生态、植物间的关系和空间分布格局及养分利用策略等方面揭示了植物群落多样性变化和物种共存及群落演替的生物学机制，回答了气候变化和放牧对高寒草甸退化过程的相对作用等关键和热点科学问题；系统探讨了气候变化和放牧对高寒草甸生态系统碳氮循环关键过程（如CO₂、CH₄ 和N₂O 通量变化过程）的影响因素，并从土壤水溶液化学、土壤微生物结构和功能基因、凋落物分解（包括地上凋落物和根系分解）和养分释放等方面明晰了影响高寒草甸生态系统碳氮循环的主要生物学机制及其环境变化的调控作用，回答了放牧背景下气候变化对高寒草甸生态系统碳源汇效应及其关键影响要素的影响等前沿科学问题。

于贵瑞

中国科学院院士

2023 年12 月

▲ 增温、放牧及试验年限对主要植物盖度的影响

*、**、***分别表示斜率在0.05、0.01、0.001 水平差异显著。阴影表示95%的置信区间。不同的小写字母表示处理间的斜率差异显著。图L 中数值表示每个处理盖度的年平均值（n=40）。NWNG、NWG、WNG 和WG 分别为不增温不放牧、不增温放牧、增温不放牧和增温放牧4 种不同处理

中国科学院青藏高原研究所汪诗平研究员和中国科学院大学王艳芬教授带领的科研团队依托在青海海北高寒草甸生态系统国家野外科学观测研究站2007 年建立的山体垂直带“双向”移栽试验平台（模拟增温和降温情景），以及2006 年建立的红外增温模拟不对称增温情景（白天与晚上、暖季和冷季不同增温幅度）和适度放牧平台，取得了一系列系统性和创新性的试验结果。他们发现过度放牧（并非增温）是导致高寒草甸生态系统退化的主要原因，因为放牧提高了高大禾草和豆科植物在群落中的比例；增温对植物多样性的负效应随着增温时间的延长而消失，甚至在更长的时间尺度内如果考虑适应气候变化的植物，增温反而增加了植物多样性；从植物叶片形态和生理生态指标、物种相互关系及其空间分布格局、养分利用效率等方面提供了系统的生物学机制解释。因此，该研究回答了气候变化和放牧对高寒草甸生态系统退化的相对作用的学术问题。

另外，其研究还发现，在适度放牧背景下增温对高寒草甸生态系统碳源/汇效应没有显著影响，即通过夏季和冬季草场季节性轮牧仍然可以维持增温背景下高寒草甸生态系统的弱碳汇功能。首先,增温对高寒草甸土壤呼吸的正效应随着增温时间的延长而逐渐降低，表明土壤中易分解碳的限制以及微生物群落的温度适应是导致该现象的重要微生物学机制，即微生物群落对增温的适应可能有助于减少高寒草甸土壤有机质的分解，进而避免或减少了土壤碳库进一步大量损失。其次，尽管增温加快了凋落物的分解，但凋落物的分解主要以CO₂ 形式释放到大气中，并不是以可溶性碳形式淋溶到土壤中，该发现解释了为何增温提高了初级生产力、但没有提高土壤中有机碳汇能力。这些系统性和创新性的结果澄清了有关“气候变化背景下高寒草甸生态系统是碳源还是碳汇”的学术争论，也证明了可以通过放牧管理等适应性措施减缓增温对高寒生态系统碳汇能力的不利影响，为我国目前正在实施的草畜平衡、退牧还草等生态工程提供了科学依据。

朴世龙

中国科学院院士

2024 年3 月

▲ 不同因子对地上净初级生产力的直接和间接影响（基于控制试验）。气候变化与人类活动的互作影响及其相对贡献。根据结构方程模型的结果，降水量对生产力的影响最大，其次为温度，放牧的作用相对较小，因为降水量改变了物种组成、降低了群落优势度、提高了植物多样性。

《青藏高原高寒草甸生态系统：气候变化与放牧的影响》（汪诗平等著. 北京：科学出版社，2024.10）以著者团队10 余年长期监测研究成果为基础撰写而成，包括5 个部分共计13章。

汪诗平中国科学院青藏高原研究所二级研究员，中国科学院特聘研究员，博士生导师。2005年中国科学院“百人计划”入选者。长期开展气候变化生态学和生态系统生态学以及草原管理等研究，阐明了气候变化和放牧的生态–环境效应及其机制。先后主持4 项国家自然科学基金重点项目等国家级项目。发表学术论文340 余篇，其中以第一作者或通讯作者在Nature、Nature Communications、Nature Reviews Earth & Environment、Global Change Biology、Journal of Ecology、Ecology、Soil Biology & Biochemistry、《生态学报》和《植物生态学报》等期刊上发表学术文章200 余篇（包括SCI 论文100 余篇）。入选气候变化领域全球最具影响力的1000 名科学家名单。

王艳芬中国科学院大学教授。长期从事土壤生态学研究，发展了草地土壤碳库的系统稳定性理论，提出“以氮促碳”的草地管理模式，为草地保护与承载力提升奠定了理论基础。先后主持国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目、第二次青藏高原综合科学考察任务等。任中国自然资源学会副理事长、中国生态学学会副理事长、国际肥料科学中心副主席、《科学通报》编委等，在Nature Reviews Earth & Environment、Nature Communications、National Science Review、The Innovation、Global Change Biology、Soil Biology & Biochemistry、《科学通报》等期刊发表论文300余篇。

第一部分“试验区域基本特征及试验设计背景”（第一、二章），主要介绍青藏高原东北缘及山体垂直带气候特征、植被特征与试验设计；第二部分“高寒植物及植物群落的响应与适应”（第三至六章），主要介绍气候变化和放牧对植物叶片特征与繁殖策略、植物组成与多样性、植物养分利用策略、植物群落生产力及其稳定性的影响；第三部分“土壤和土壤微生物”（第七、八章），主要介绍气候变化和放牧对土壤水溶液化学性质和养分可利用性、土壤微生物结构和功能的影响；第四部分“生态系统碳氮循环关键过程”（第九至十二章），主要介绍气候变化和放牧对凋落物和粪便分解、土壤和生态系统呼吸、生态系统甲烷和氧化亚氮通量的影响；第五部分“气候变化和放牧效应的时空异质性”（第十三章），主要介绍高寒草甸对气候变化与人类活动响应的时空特征，以及未来需要加强的研究方向。

本书相关研究的资助项目包括：中国科学院战略性先导科技专项（A 类）课题（XDA20050100、XDA20050101）、第二次青藏高原综合科学考察研究“湿地生态系统与水文过程变化”专题（2019QZKK0304）、国家自然科学基金重点项目（41731175、41230750）、科技部973 计划项目课题（2013CB956000）、中国科学院“百人计划”和知识创新工程方向性项目（KZCX2-XB2-06-01）、国家自然科学基金面上项目（31272488）等。

本文摘编自《青藏高原高寒草甸生态系统：气候变化与放牧的影响》（汪诗平等著. 北京：科学出版社，2024.10）一书“前言”“序一”“序二”，有删减修改，标题为编者所加。

责任编辑：王海光 刘 晶

本书以著者团队10 余年长期监测研究成果为基础撰写而成，包括5 个部分共计13 章。第一部分试验区域基本特征及试验设计背景（第一、二章），主要介绍青藏高原东北缘及山体垂直带气候特征、植被特征与试验设计；第二部分高寒植物及植物群落的响应与适应（第三至六章），主要介绍气候变化和放牧对植物叶片特征与繁殖策略、植物组成与多样性、植物养分利用策略、植物群落生产力及其稳定性的影响；第三部分土壤和土壤微生物（第七、八章），主要介绍气候变化和放牧对土壤水溶液化学性质和养分可利用性、土壤微生物结构和功能的影响；第四部分生态系统碳氮循环关键过程（第九至十二章），主要介绍气候变化和放牧对凋落物和粪便分解、土壤和生态系统呼吸、生态系统甲烷和氧化亚氮通量的影响；第五部分气候变化和放牧效应的时空异质性（第十三章），主要介绍高寒草地对气候变化与人类活动响应的时空特征，以及未来需要加强的研究方向。

本书可为气候变化生态学、生态系统生态学、恢复生态学、植物学、土壤学等领域的科研人员、教学人员提供参考，也可供草原管理人员阅读。

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来源：七七讲科学