我校张圣微教授团队在国际知名期刊Agriculture, Ecosystems & Environment发表关于草地土壤碳储存多尺度调控机制的重要成果

近日，我校生态水文与遥感大数据团队博士在农林科学与生态环境领域国际著名期刊《Agriculture, Ecosystems & Environment》（中科院一区Top）发表题为“Global-to-regional variations in the effects of grassland management on soil carbon”的研究论文。我校水利与土木建筑工程学院博士研究生林汐为第一作者，张圣微教授为通讯作者，内蒙古农业大学为第一完成单位。

草地生态系统是全球重要的土壤碳库，在实现“双碳”目标中发挥着不可替代的作用。然而，全球近半数草地遭受退化威胁，禁牧作为主要的恢复措施，其生态效应在不同时空尺度上存在显著差异。针对这一科学难题，张圣微教授团队联合澳大利亚悉尼科技大学、加拿大湖首大学、美国密歇根大学等国际知名科研机构，首次构建了“全球-中国-内蒙古”多尺度嵌套分析框架。团队系统整合了全球相关数据的同时，结合在内蒙古草原建立的19个长期观测站点的实测数据，构建了全球草地禁牧效应数据库。

图1 全球范围内禁牧对植被和土壤功能的总体影响。

研究成果系统揭示了草地禁牧管理对土壤碳储存的跨尺度调控机制。在全球尺度上，禁牧显著提升了草地生态系统功能，土壤有机碳含量平均提高23.4%，地上与地下生物量分别增加54.03%和32.12%。然而，在内蒙古区域尺度上，研究发现了独特的“土壤-植被响应脱耦”现象，虽然禁牧显著促进了植被恢复，但受制于干旱半干旱区极端的水分限制，土壤有机碳的响应呈现滞后性。

图2 中国境内禁牧研究点的空间分布及典型地点的生态响应。

此外，研究还通过结构方程模型进一步阐明了碳累积的驱动机制，明确了地上生物量变化是禁牧促进土壤碳积累的核心路径，这意味着增强地上生物量积累应成为未来草地碳汇管理的重点。研究发现还中度禁牧是草地生物多样性恢复的最佳利用策略，在时间尺度上随着禁牧时长的增加物种丰富度呈现非线性恢复轨迹，挑战了生态系统随时间线性恢复的传统认知。

图3 不同尺度禁牧实验对土壤与植被群落的影响。

该研究不仅揭示了草地碳储存响应的尺度依赖性，也解释了为何相同的管理措施会在不同区域产生不同的生态效果。研究成果为全球碳中和战略提供了科学依据，并为内蒙古等干旱半干旱地区的草地生态恢复与分级管理提供了针对性的理论支撑与决策参考。

研究得到国家自然科学基金（52279017、32360025）、内蒙古自然科学基金（2024ZD08）、内蒙古自治区高校创新团队（NMGIRT2313）、内蒙古自治区水利科技计划（NSK202405）和“草原英才”创新团队等项目的联合资助。