草地碳收支的年际弹性：从地中海草地到北美草原的通量证据
Interannual Variability of Grassland Carbon Balance
同一片草地在不同年份可以是碳源也可以是碳汇——降水是主开关。本文用葡萄牙地中海草地与北美多年生草原的实测通量，量化干旱年与正常年的 GPP/NEE 差距，并给出水分利用效率等可迁移指标。
本文涉及的条目16 条 · 自动匹配自标签与标题
一、核心事实：草地碳收支随降水年型反转
Aires et al.（葡萄牙南部地中海 C3/C4 混生草地）两年对比：
| 水文年 | 降水 | 年 GPP | 年 NEE |
|---|---|---|---|
| 干旱年（2004–05） | 比多年均值低 45% | 524 g C/m² | +49 g C/m²（碳源） |
| 正常年（2005–06） | 比均值高 12% | 1261 g C/m² | −190 g C/m²（碳汇） |
要点：
- 干旱年生长季峰值期的 NEE、光能利用效率与水分利用效率约为正常年的一半；
- LAI 变化解释了 GPP 年际变异的 84%、NEE 的 77%；
- 夏季雨后 C4 草（狗牙根）能迅速把生态系统转为碳汇并延续数天——C4 草的存在改变草地碳平衡的雨季响应；
- 年度尺度上降水总量是 NEE 年际变化的主导因子。
Sharma et al.（美国南部大平原 WW-B Dahl 蓝茎草，3 年）：
| 年份 | 年 GPP | 年 NEE |
|---|---|---|
| 2013 | 1024 ± 91 g C/m² | −302 ± 15 g C/m² |
| 2014 | 1250 ± 31 g C/m² | −265 ± 41 g C/m² |
| 2015 | 1358 ± 143 g C/m² | −287 ± 32 g C/m² |
要点：
- GPP 与蒸散线性相关（R² = 0.90）、与地上生物量相关（R² = 0.74）；
- 仅有 26% 的 GPP 分配至地上生物量，大部分碳进入地下——测地上部会严重低估草地固碳；
- 水分利用效率 2.9 g C/kg 水，与本地原生草原和专用生物质作物相当；
- 高于正常降水年份不一定带来更高净固碳——降水同时促进呼吸（Reco 占 GPP 约 76%），净效应可能互相抵消。
二、两个可迁移的工程指标
- 水分利用效率 WUE = GPP / ET（g C/kg 水）：跨站点可比，2.9~3.5 是温带草原典型区间，显著低于 C4 高光效作物时提示胁迫；
- 碳分配系数 = 地上生物量 / GPP：草原约 0.26，森林约 0.5 左右——草地测碳收支必须同时测地下。
三、对通量站建设的启示
- 草地通量站至少观测 2~3 个完整水文年才能区分"年型效应"与"趋势效应"——单年数据没有代表性；
- 同步观测 LAI 与降水（含分布形态），两者是 NEE 年际变异的主要解释变量；
- 干旱年数据不能外推"站点长期碳汇/源属性"，发布时必须标注水文年型；
- 用 EC 同时测 ET（潜热），可与 GPP 联算 WUE，支撑灌溉与固碳双目标评估。
参考来源：Aires, L.M.I., Pio, C.A., Pereira, J.S. Carbon dioxide exchange above a Mediterranean C3/C4 grassland during two climatologically contrasting years. Global Change Biology (2008)；Sharma, S. et al. Carbon and evapotranspiration dynamics of a non-native perennial grass with biofuel potential in the southern U.S. Great Plains. Agricultural and Forest Meteorology (2019)；Parent, A.-C. & Anctil, F. Quantifying evapotranspiration of a rainfed potato crop in South-eastern Canada using eddy covariance techniques. Agricultural Water Management (2012).