草地是陆地生态系统重要的组成部分，在全球碳平衡中发挥着至关重要的作用。准确评估草地碳源/汇、明确草地碳汇的驱动因素对于理解其在区域碳平衡中的作用至关重要。目前，尚缺乏对旱区草地NPP（净初级生产力）、NEP（净生态系统生产力）的准确评估，影响草地NEP时空变化的驱动机制尚不清晰。
2025年1月4日，我院张仁平教授课题组在环境科学与生态学1区期刊Ecological Indicators上发表题为“Analysis of the spatiotemporal dynamics of grassland carbon sinks in Xinjiang via the improved CASA model”的研究论文，评估了旱区草地净初级生产力和净生态系统生产力，论文第一作者为硕士研究生刘雪薇。
研究对CASA （Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型中2个参数（最大光能利用效率（LUEmax）和水分胁迫系数（Wε）进行了优化，重构了8种改进CASA模型。通过最优CASA模型估算的NPP与土壤呼吸（Rh）差值计算得出NEP。分析了2000-2022年草地NPP、NEP的变化及源汇转化格局和属性，探索了各类因子对草地NEP的驱动机制。结果表明：（1）8种改进后的CASA模型在空间上基本上均可以反映新疆草原的NPP，其中，基于LSWI和降水因子改进后的CASA_4模型（R2 = 0.66、RMSE = 22.3 gC·m-2）综合表现最好，是研究区预测草原NPP的最优模型。（2）2000-2020年间，新疆草地共有21.08%的区域发生了源汇转换，其中15.77 %的草地区域由碳源转为碳汇。（3）相对湿度、土壤PH等因子的协同作用对草地NEP变化的影响更显著。
图1 （a）7-8月实际NPP值；（b-h）CASA_1-CASA_8模型2000-2022年草地NPP空间分布特征及面积占比；（j）8种CASA模型2000-2022年草地NPP的分布范围；（k）8种CASA模型在草地生态系统中的相关系数平方（R2）；（l）8种CASA模型在草地生态系统中的均方根误差（RMSE）
图2 （a-b）2000-2020年新疆草地源汇转换格局；（c-d）2000-2022年新疆草地碳源、碳汇面积占比及变化趋势；（e）新疆3种草地NEP年际变化
图3 成对因子和NEP之间的相互作用和生态检测器的q统计（GDP：国内生产总值、GRPPI：第一产业、GRPTI：第三产业、LLS：牲畜放牧、Tem：温度、Pre：降水、AWS：平均风速、RH：相对湿度、Slope：坡度、Aspect：坡向、DEM：高程、PH：土壤PH、N：土壤N、P：土壤P、K：土壤K、SOC：土壤有机碳含量）
该研究通过改进CASA模型关键参数计算方法，重构了8种CASA模型并筛选出最优模型从而提升草地NPP估算精度。此外，通过地理探测器模型探索了多源驱动因子交互作用对草地NEP的影响。研究可为准确评估旱区草地碳汇及源汇转化提供科学依据 ，对制定草地管理政策以应对草地碳汇变化提供理论指导。
文章DOI：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2024.113062