四川在线记者 裴玉松

如果要修复一地植被，在新疆阿勒泰与云南西双版纳两地，树种如何选择与配置？如果缺乏科学的评估机制，将直接影响生态修复实践的效果。如今，各地可根据一套科学的测算机制，针对不同气候带实现“精准”修复。

这一改变，得益于天府永兴实验室固碳与生态修复研究所、成都理工大学裴向军教授及唐晓鹿研究员团队的最新成果。近日，该团队联合国内外多家高校及科研机构，在国际权威期刊《自然·通讯》发表研究文章，首次系统揭示了全球森林植物多样性对土壤呼吸作用的影响机制。研究发现，植物多样性对土壤呼吸具有促进作用，但这一效应存在一个关键的“转折点”，其方向与强度会随森林生产力的变化而改变。

“这项发现有助于更精准地预测全球碳循环，为森林碳汇管理和生物多样性保护提供差异化策略，也可科学指导‘碳中和’背景下的生态修复实践。”唐晓鹿说。

唐晓鹿在野外收集数据。受访者供图

“发动机”与“配角”

土壤呼吸是陆地第二大碳通量，任何微小估算偏差都可能被放大。过去，传统模型往往忽略植物多样性对碳循环的影响，或将其视为固定常数，导致全球碳平衡的估算具有一定不确定性。

学界曾普遍认为“植物多样性越高，土壤呼吸越强（碳排放越多）”，但裴向军教授与唐晓鹿团队的研究推翻了这一简单结论。“我们的核心发现是：植物多样性对土壤呼吸的影响，取决于森林的生产力水平。”唐晓鹿说，不同生产力在森林中，这一影响存在一个“转折点”：当森林年生产力（以植被光合作用减去呼吸作用后所剩余的干有机物计）超过1300克碳/平方米这个“阈值”时，植物多样性对土壤呼吸的促进作用会减弱甚至消失。

为了找到这一关键转折点，团队开展了长时间跨度的数据收集、开展了大量建模验证实验，采用先进技术手段排除多种干扰因素。团队成员之一Benjamin Laffitte介绍，团队收集了近40年野外观测数据，花了2年多时间对海量数据进行了梳理分析。同时，团队通过统一数据筛选标准、多种方法交叉验证、序贯回归分析等手段，利用深度学习等前沿技术，区分了气候、土壤等因素，有效量化了植物多样性本身的独立影响。

最终，基于6355组实测数据训练出多尺度耦合模型，使预测精度提升至76%。结果发现，这一机制在不同气候带表现迥异：植物多样性在贫瘠森林中是“发动机”，在肥沃森林中仅扮演“配角”。

最令唐晓鹿难忘的，是一个“意外发现”：团队首次按生产力分层分析时，发现高生产力区域中，多样性对土壤呼吸的影响曲线从上升转为平缓甚至略有下降。“我们花了近三个月反复检查数据、更换方法、排除各种可能，最终确认这是真实的生态现象。”唐晓鹿说，这个“推翻重来”的过程让他意识到，真正的科学突破往往源于对“异常值”的执着追问。

唐晓鹿（左）与团队成员分析数据。受访者供图

科学指导森林碳汇管理

宜宾市长宁县龙头镇的万亩竹林，是唐晓鹿团队在全球设置的6300多个观测点之一。“3年前，我们主要收集和分析生物多样性对土壤呼吸的影响数据，而现在关注的重点是土壤有机碳含量的变化。”唐晓鹿说。

唐晓鹿最新的研究成果首次将“植物多样性”这一生物变量纳入全球尺度的碳通量预测模型。团队成员之一Benjamin Laffitte表示，这相当于升级了科研人员的“计算器”，能够更精准地预测不同森林在未来气候变暖背景下的碳排放变化趋势。

团队的研究成果为我国人工林营造、森林恢复及生态修复过程中植物多样性配置提供了“因地制宜”的科学依据。

当前，主流碳汇模型大多假设土壤碳排放与植物输入呈线性关系，忽略了多样性随生产力变化的复杂影响。团队的研究成果提供了可量化的非线性关系，未来可用于提升碳交易市场的核算精度。“比如，我们可以为不同生产力水平的森林设定差异化的土壤碳排放系数，而不是‘一刀切’。”唐晓鹿介绍。

团队还计划将研究成果推广至草地土壤固碳与生态修复领域。下一步，他们将利用已有的草地长期观测数据深化与拓展这一机制的认识，并开展草地的小型控制实验。唐晓鹿表示，团队将同步推动跨生态系统的全球数据整合，预计两三年内会有后续成果。