2018年4月16日，中国学者在PNAS上在线发表了7篇研究论文，报道了有关中国陆地生态系统、高原生态系统、森林生态系统中的无机元素的分布情况，全球生态系统变化对其造成的影响，以及碳储备等情况。为了解我国各种生态环境中的元素循环和打造“绿水青山”的美好家园做好理论铺垫。其中北京大学和中国科学院植物研究所表现优秀各发表2篇，中国科学院南京土壤研究所、中国科学院生态环境研究中心以及中国科学院华南植物园各发表了一篇。同时，国内众多高校如：南京农业大学、西北农林科技大学等众多单位也参与其中，发挥了重要作用。同期发表的还有美国加州大学戴维斯分校的“Integrating effects of species composition and soil properties to predict shifts in montane forest carbon–water relations”和英国利兹大学反表的“Global peatland initiation driven by regionally asynchronous warming”都报道了相关的内容。(来源：iNature)
尽管来自实验草地的证据表明，植物多样性提高了生物量生产和土壤有机碳（SOC）的储存量，但在自然生态系统中这种情况是否属实，特别是在气候变化和人为干扰的情况下仍然不清楚。根据全国6098个森林，灌丛和草地的实地观测数据和综合多种理论的综合模型预测，我们系统地研究了气候，土壤和人类对SOC储量的直接影响，以及物种丰富度所带来的间接影响（SR），地上净初级生产力（ANPP）和地下生物量（BB）。我们发现有利的气候（高温和降水）对森林和灌木地的SOC储存有一致的负面影响，但在草地没有。气候有利度，尤其是高降水量与较高的SR和较高的BB相关，这对SOC的储量具有一致的积极影响，从而抵消了有利气候对SOC的直接负面影响。气候对SOC储量的间接影响取决于SR与ANPP和BB之间的关系，在所有生物群类型中这种关系一直呈阳性。另外，人为干扰和土壤pH对SOC储量具有直接和间接影响，SR，ANPP和BB的变化介导了间接影响。高土壤pH值对SOC储存一直有负面影响。我们的研究结果对改善全球碳循环模式和生态系统管理具有重要意义：保持高水平的多样性可以增强土壤碳汇，并有助于维持植物多样性和生产力的益处。
2. Climate change, human impacts, and carbon sequestration in China
近三十年来中国经济增长的规模在现代人类历史上是前所未有的。中国现在是世界第二大经济体，紧邻美国。然而，这种快速的经济增长使中国的环境压力越来越大。中国可以被看作是一个庞大的“实验室”，具有社会经济和自然系统之间复杂的相互作用，为研究环境变化和密集的人类经济活动如何影响自然系统提供了极好的机会。这一特色探讨了气候变化和人类活动对生态系统结构和功能的影响，重点是量化中国陆地生态系统中碳（C）库的数量和分布以及碳封存。我们还记录物种多样性，物种特征，氮（N）和磷（P）化学计量学如何调控生态系统碳库和植被生产。本概述文章介绍了该研究项目的背景和科学意义，介绍了其基本概念框架，并总结了每篇论文的主要发现。
植物氮（N）和磷（P）含量调节陆地生态系统中的生产力和碳（C）固存。估计植物组织中N和P含量的分配以及营养含量和光合能力之间的关系对于预测全球变化下未来的生态系统碳封存至关重要。在本研究中，通过调查中国陆地生物群落中植物叶片，茎和根的养分浓度，我们记录了大规模的C，N和P群落浓度模式。我们还研究了营养物质含量和植物总生产力（GPP）所指示的植物生产。全国平均C，N和P的群落叶片浓度分别为436.8,14.14和1.11 mg·g-1;茎部为448.3，3.04和0.31 mg·g-1; ，根分别为418.2,4.85和0.47 mg·g-1。全国平均叶片N和P产量分别为249.5 g C GPP·g-1 N·y-1和3 157.9 g C·GPP·g-1 P·y-1。茎和根中的N和P浓度通常比叶中的非生物环境更敏感。所有生物群落的N（或P）含量在不同组织中都存在强幂律关系，与植被GPP密切相关。这些研究结果不仅提供了关键参数来开发经验模型，以扩大植物对从单一组织到整个群落的全球变化的反应，而且还提供了大量证据表明生物群落依赖营养物对碳螯合作用的调节。
高寒草地生态系统的结构和功能，包括广泛的土壤碳储量，主要受温度影响。特别是青藏高原在过去50年经历了明显的升温，预计未来这种升温趋势将加剧。这种气候变化可能会改变植物物种组成和净初级生产力（NPP）。在这里，我们将32年的观测和监测与温度和降水的操纵性实验相结合，探索气候变化对植物群落结构和生态系统功能的影响。首先，从1983年到2014年的长期气候变暖，发生在没有系统降水变化的情况下，导致草丰度较高，莎草丰度较低，但不影响地上NPP。其次，4年以上的试验升温试验对NPP的任何方面都没有影响，而干旱操作（降低50％的降水量）将NPP分配转移到地下，但不影响总NPP。第三，实验升温和干旱处理在高原九个地点的荟萃分析的支持下，增加了草丰度，但牺牲了树篱和草本的生物量。功能群组成的这种转变导致更深的根系，这可能使植物群落获得更多的水，从而即使在气候变化的情况下也能稳定生态系统的初级生产。总体而言，我们的研究表明，在气候变化的影响下，植物物种组成的变化可能会稳定这个高海拔生态系统的初级生产力，但也会导致从地上到地下生产力的转变。
森林和草原的长期压力使用导致生态系统退化和碳损失。 自二十世纪七十年代后期以来，中国启动了六项国家重点生态恢复项目，以保护其环境和恢复退化的生态系统。 在这里，我们对实施六个项目的地区（约占全国土地面积的16％）的中国森林，灌木林和草地生态系统进行了大规模的野外调查和生物量和土壤C的文献调查。 我们调查了这些生态系统碳储量的变化，以评估这些项目对2001年至2010年该国碳汇的贡献。在过去的十年中，我们估计项目区域年度碳汇总额为每年132亿克碳/ （1 Tg = 1012 g），其中超过一半（74 Tg C / y，56％）归因于项目的实施。 我们的研究结果表明，这些恢复项目大大促进了中国的二氧化碳减排。
自20世纪80年代以来，中国的农田在管理实践中经历了巨大的变化，如施肥，耕作和残留物处理。关于这些变化对土壤有机碳（SOC）及其影响的影响一直存在争议。在这里，我们报告了一项广泛研究的结果，该研究提供了中国农田土壤有机碳固存的直接证据。根据1980年中国第二次全国土壤调查所记录的土壤取样点，我们从全国58个代表全国典型种植制度的县2011年收集了4,060个土壤样本。我们的研究结果表明，在全国范围内，表层土壤（0-20 cm）土壤有机碳库存平均值从1980年的28.6 Mg C ha-1增加到2011年的32.9 Mg C ha-1，净增加140 kg C ha -1岁-1。然而，主要农业区域的SOC变化不同：除东北以外的所有主要农业区域的SOC都有所增加。土壤有机碳固定主要归因于经济和政策推动的有机投入增加：2000年之前，化肥由于提高作物生产力而导致的根系生物量增加，而秸秆/秸秆还田政策的大规模实施后，其后。 SOC变化与华东地区氮输入量负相关，表明氮输入量过多，加上耕层浅层，可能会限制中国农田未来的碳汇。我们的研究结果表明，农田SOC封存可以通过有效地操纵农民的经济和政策激励来实现。
7. Carbon pools in China’s terrestrial ecosystems: New estimates based on an intensive field survey
中国的陆地生态系统已经成为重要的碳汇。然而，由于样本规模的限制，多种数据来源和不一致的方法论，以前对碳预算的估计包含了很大的不确定性。在这项研究中，我们进行了一项包括14,371个田块的密集的野外活动，以调查中国森林，灌木林地，草地和农田中的所有碳储量部门，以更好地估算区域和国家碳汇，探索生物地理格局和潜在驱动因素这些池。这四个生态系统的总碳库为79.24±2.42 Pg C，其中82.9％储存在土壤中（深度为1m），16.5％生物量和0.60％凋落物。森林，灌丛，草地和农田含有30.83±1.57 Pg C，6.69±0.32 Pg C，25.40±1.49 Pg C和16.32±0.41 Pg C。考虑到所有陆地生态系统，该国总碳库为89.27±1.05 Pg C.森林，灌丛和草地的碳密度与气候密切相关：随着气温的升高而下降，但随着降水量的增加而增加。我们的分析还表明，假定没有清除，主要是因为森林生长，未来10 – 20年森林生物量的固定潜力为1.9-3.4 Pg C.我们的结果更新了基于直接现场测量的中国陆地生态系统碳汇估算，这些估算对于中国和全球碳模型的验证和参数化至关重要。
