Nature子刊（ IF=25）| 一年级硕士为一作！北京大学朴世龙院士揭示未来升温对北半球陆地植被生产力作用的变化规律

自 1980 年代以来，气候变暖极大地提高了温带北半球的植被生产力，但这种积极关系将持续多久仍是未知数。

2022年5月30日，北京大学朴世龙团队（一年级硕士生张亦晨为第一作者）在Nature Climate Change（IF=25）在线发表题为“Future reversal of warming-enhanced vegetation productivity in the Northern Hemisphere”的研究论文，该研究使用地球系统模型输出显示了 2001-2100 年变暖对北半球夏季总初级生产力影响的变化。

到 21 世纪后期，温带和北方地区夏季总初级生产力与温度之间的相关性下降，在 2070 年之前，在 <60° N 的地区通常会显著负相关，尽管北极总初级生产力随着夏季进一步变暖而继续增加。相关性变为负值的时间通常晚于夏季温度超过植被生产力的最佳温度的时间，这表明光合热适应对未来变暖的负面植被影响有部分缓解。总之，该研究结果表明，二十一世纪的气候变化可能会损害植被生产力，这可能会对全球陆地碳汇产生负面影响。

最后，加拿大西蒙弗雷泽大学Alexander Koch在Nature Climate Change 在线发表题为“Peaking productivity by 2060”的述评文章，指出在过去的二十年里，气候变化和不断上升的二氧化碳浓度一直在提高植物生产力。现在，研究预计到 2060 年，除了北极以外，北半球大部分地区的这种增长将停止。

陆地生物圈是一个主要的碳 (C) 汇，可抵消约三分之一的人为 CO2 排放。大约 40% 的全球陆地碳汇归因于温带北半球（NH；>23.5° N），因此在缓解全球变暖方面发挥着关键作用。这种巨大的 NH 陆地碳汇主要是由于气候变暖和大气 CO2 浓度上升导致植被总初级生产力 (GPP) 升高所致。然而，预计的进一步变暖将继续增加温带 NH 生产力多长时间仍不确定。

最近对树木年轮记录、卫星观测和模拟植被代理的研究表明，自 1980 年代以来，北方生态系统生产力的温度控制减弱甚至负温度控制。这些多条证据表明，北部生态系统中由变暖引起的生产力增加可能会逆转，而这些生态系统据称是受热量限制的。因此，探索不同地区、不同生态系统GPP开始对夏季变暖产生负面反应的阈值和时机，并分析其根本原因对于加深我们对气候变暖下陆地碳平衡的理解至关重要。

夏季是北方生态系统植物光合作用的旺季，夏季气温可能会超过气候变化下植物生长的最佳阈值。使用 2000-2100 年生态系统生产力的模型输出，该研究探索了未来夏季（6 月至 8 月）变暖如何影响跨温带 NH 的生态系统 GPP，以及夏季变暖何时可能从对生态系统 GPP 的积极影响转变为消极影响。

关注夏季变暖是因为：（1）夏季气温升高对生态系统生产力有直接的代谢影响，特别是由于大部分 NH 的当前温度仍低于光合最佳温度，这与春季和秋季不同，春季和秋季主要是间接变暖通过延长生长季节来提高生态系统生产力；(2) 夏季光合活动对大气 CO2 浓度的一年内下降幅度最大，从而导致年生产力和陆地碳汇的年际变化。

夏季 GPP 与温度偏相关的空间格局（RGPP-Temp）（图源自Nature Climate Change ）

该研究首先根据参与耦合模型比对项目第 6 阶段 (CMIP6) 模拟的 8 个地球系统模型 (ESM) 的输出，研究了未来夏季变暖对温带 NH 的 GPP 影响的时间变化。当使用 FLUXCOM GPP 数据和来自气候研究单位/国家环境保护中心 (CRU/NCEP) 的气候数据进行评估时，这八个模型的表现相对较好。然后，该研究根据共享的社会经济路径 (SSP) 评估了在不同气候情景下夏季变暖开始对 GPP 产生负面影响的时间。最后，该研究得出了一个基于卫星的植被生产力最佳温度，并将其与 ESM 的未来温度预测相结合，以研究未来变暖下光合下调的观测驱动时间。

该研究使用地球系统模型输出显示了 2001-2100 年变暖对北半球夏季总初级生产力影响的变化。到 21 世纪后期，温带和北方地区夏季总初级生产力与温度之间的相关性下降，在 2070 年之前，在 <60° N 的地区通常会显著负相关，尽管北极总初级生产力随着夏季进一步变暖而继续增加。

相关性变为负值的时间通常晚于夏季温度超过植被生产力的最佳温度的时间，这表明光合热适应对未来变暖的负面植被影响有部分缓解。总之，该研究结果表明，二十一世纪的气候变化可能会损害植被生产力，这可能会对全球陆地碳汇产生负面影响。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41558-022-01374-w

https://www.nature.com/articles/s41558-022-01370-0

转自：iNature

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