近日，我院生态服務功能監測與評估團隊在綜合期刊The Innovation Geoscience發表題為“Positive asymmetric responses indicate larger carbon sink with increase in precipitation variability in global terrestrial ecosystems”，的研究論文((https://www.the-innovation.org/data/article/geoscience/preview/pdf/XINNGEOSCIENCE-2023-0072.pdf)。該論文的第一作者為戴黎聰副教授，通訊作者為胡中民教授，365英国上市官网在线為第一通訊作者單位。
全球變暖改變了全球降水模式并導緻降水變異增加，這種趨勢預計在未來幾十年将持續。在未來降水變異增加的背景下，全球陸地生态系統碳彙是否會發生改變仍不清楚。基于此，本研究通過整合分析，同時結合TRENDY模型和遙感數據，量化了陸地生态系統碳彙對降水變異的響應。研究發現在相同降水變化情況下，生态系統碳彙對降水改變呈現正的非對稱性響應，即降水增加處理下生态系統碳彙的增加幅度(33.4%)大于降水減少處理下生态系統碳彙的減少幅度(-24.62%)，且在幹旱地區（年降水< 500 mm）的正非對稱性響應大于濕潤地區（年降水> 500 mm）（圖1）。
圖1 标準降水改變下生态系統碳彙、ANPP、BNPP和Rs的變化(即40%降水改變)。*、**和***表示分别在0.05、0.01和0.001水平上差異顯著，ns表示沒有顯著水平。
ANPP：地上淨初級生産力, BNPP: 地下淨初級生産力，Rs: 土壤呼吸，NEP: 生态系統碳彙。
研究還發現土壤含水量是導緻生态系統碳彙對降水改變非對稱響應的關鍵因素。在幹旱地區，在降水增加處理下，土壤含水量增加了30.86%，而在降水減少處理下，土壤含水量減少了-20.21%，土壤含水量對降水改變表現為正的非對稱性響應。這與上文提到的生态系統碳彙的響應模式一緻(圖1A)。但幹旱區和濕潤區生态系統碳彙非對稱響應的調控機制不同(圖2)。在幹旱地區，生态系統碳彙的正非對稱響應主要來自植被生産力的正非對稱性響應(圖2A)；而濕潤地區生态系統碳彙的正非對稱性主要來自于土壤呼吸過程中負非對稱性響應，即降水處理下土壤呼吸減少量高于降水增加處理的增加量(圖2B)。
圖2 幹旱區(A)和濕潤區(B)碳收支對降水改變的非對稱響應機制，IP:降水增加，DP:降水減少，SWC:土壤含水量。
ANPP：地上淨初級生産力，BNPP:地下淨初級生産力，Rs土壤呼吸，NEP: 生态系統碳彙，綠色向上的箭頭表示增加的量，紅色向下的箭頭表示減少的量。
在全球範圍内，模型可以捕捉到生态系統碳彙對降水改變的正非對稱性響應，但對全球的生态系統呼吸和濕潤地區的生産力模拟效果較差(圖3A)。對生态系統呼吸模拟的效果較差主要是由于模拟的生态系統呼吸高估了濕潤年份的增加量，而低估了幹旱年份的減少量(圖3B)。此外，模型對濕潤地區生産力模拟的是正非對稱響應，這與觀測結果相反，這主要是由于模型高估了濕潤地區生産力的正非對稱性(圖3C)。陸面模型在模拟濕潤地區的生态系統呼吸和生産力的不确定性主要與其在模拟土壤含水量方面表現不佳有關，即模型高估了濕潤年份的土壤含水量的增加量，而低估了幹旱年份土壤含水量的減少量。
圖3降水增加和降水減少處理下沿降水梯度變化的模型結果和觀測值比較，陰影區域為95%的置信區間。NIP: 标準化降水增加，NDP:标準化降水減少。
本研究得到了國家自然科學基金（(U23A2002）、第二次青藏高原科學考察與研究計劃（2019QZKK0405）等項目的支持。The Innovation Geoscience是The Innovation旗下的新子刊，對标國際頂尖期刊。
