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作者:秦志偉 來源:中國科學報 發布時間:2020/12/12 14:18:01
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全球二氧化碳施肥效應40年呈下降趨勢

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全球陸地生態系統CO2施肥效應的長期時間變化趨勢(A)以及1982~1996和2001~2015年全球CO2施肥效應的直方圖

12月11日,《科學》在線發表了南京大學研究團隊聯合國外科學家在全球變化和陸地碳循環領域取得重要進展。研究發現,全球陸地生態系統二氧化碳(CO2)施肥效應在近40年呈現顯著的下降的趨勢,而養分和土壤水分供應狀況的變化可能是CO2施肥效應下降的原因之一。

工業革命以來,人類活動造成大氣中CO2的濃度持續上升。CO2濃度的不斷增加,在通過溫室效應導致全球變暖的同時,也提高了植被的光合作用速率(即CO2施肥效應),增加陸地生態系統吸收大氣CO2的能力(即碳匯能力),從而減緩全球變暖的速率。已有研究表明,大氣CO2施肥效應是造成近幾十年來全球陸地生態系統碳匯顯著增加的決定性因素,也是全球變綠的主要驅動因子之一。因此,在全球尺度定量化評估CO2施肥效應,并分析其時空變化格局,有助于準確評估全球陸地生態系統的固碳能力以及其變化趨勢、降低未來氣候變化預測的不確定性十分重要。

盡管基于控制實驗可以在葉片和冠層尺度對CO2施肥效應的機理進行了的研究,但控制實驗的數量、空間分布和物種代表性有限,全球尺度CO2施肥效應的時空變化得定量評估尚不清楚。而長時間序列遙感觀測為全球CO2施肥效應研究提供了數據基礎。

論文通訊作者、南京大學國際地球系統科學研究所教授張永光介紹,該研究首先基于系列衛星傳感器的觀測數據,得到了1982~2015年全球新型植被指數(NIRv)數據,驗證其作為全球植被總初級生產力(GPP)指示器的可行性;在此基礎上,利用全球植被CO2施肥效應的檢測—歸因模型,揭示了近40年全球CO2施肥效應的時空變化特征,評價了結果的可能不確定性;最后,結合歐洲ICP Forests等機構提供的歐洲地區葉片氮磷觀測和全球陸地水儲量等遙感數據,揭示了全球CO2施肥效應時空變化的可能原因。

研究表明,全球CO2施肥效應在近40年呈現顯著的下降的趨勢;2001~2015年的全球CO2施肥效應比1982~1996年顯著降低。全球超過70%~80%的陸地植被區域CO2施肥效應呈現下降的趨勢,歐洲、西伯利亞、南美洲和非洲大部以及澳大利亞西部地區尤為明顯;在少部分地區CO2施肥效應存在著上升的趨勢,例如東南亞部分地區和澳大利亞東部地區。多個生態系統模型同樣能夠模擬出全球CO2施肥效應的下降趨勢,但顯著低于基于遙感數據的結果。

進一步研究發現,歐洲植被葉片氮和磷濃度有顯著的下降趨勢,葉片氮和磷濃度的變化顯著影響CO2施肥效應的變化趨勢。同時,遙感GPP對水分供應的敏感性顯著增強,表明植被對水分脅迫的響應更為敏感,水分供應狀況的變化也可能是CO2施肥效應下降的原因之一。

該研究成果對深入理解全球變化背景下陸地生態系統的響應機制、更為準確估算全球陸地生態系統碳收支、更為精準預測未來氣候變暖的速率均具有十分重要的意義。

相關論文信息:https://science.sciencemag.org/content/370/6522/1295

 
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