Nature Ecology & Evolution | 陆地碳循环对全球变化的响应

以下文章来源于森林生态学 ，作者qiuxiaojie

在过去的40年里，许多实验探索了陆地生态系统对气候变暖、降水变化、二氧化碳浓度升高（eCO2）和氮(N)富集的响应。量化地球生物圈对全球变化的反应，对于预测地球系统模型中的未来气候变化至关重要。该研究合成了过去40年进行的1119个实验中的生态系统碳循环数据，这些实验涉及世界上主要陆地植被类型的温度、降水、二氧化碳和氮的变化。

研究结果表明，在所有的陆地生态系统中，实验增暖提高了总生物量、地上和根系生物量，以及土壤呼吸量（图2 a）。此外，陆地生态系统和大气之间二氧化碳交换的总、净通量在变暖条件下没有显著变化，部分原因是多个地点和实验之间结果存在相当大的响应差异。结果还表明，随着湿润指数的增加，净初级生产力及其地下部分、地上生物量、生态系统和土壤呼吸的变暖响应由负变正（图3 a, b, c, d, e）。与之相反的是，随着湿度的增加，变暖对植物根冠比的影响从正变为负（图3 f），这表明当暴露于变暖时，生长在干旱地区的植物倾向于优先将碳分配给根部，而牺牲分配给地上部。

降水的增加刺激了除凋落物质量外的所有生态系统碳循环变量，而降水的减少则普遍降低了碳循环变量（图2 b, c）。此外，在降水量增加33%的情况下，森林、草地和沙漠对地上净初级生产力的显著促进作用没有差异。然而，降水量的增加对草原土壤呼吸的促进作用要大于森林，但草原和沙漠之间的作用相当（图2 g）。研究还发现，在降水量增加33%的情况下，地上净初级生产力和土壤呼吸的积极响应随着湿度的增加而下降，而降水量减少33%对生态系统呼吸的负面影响随着湿度的增加而加剧（图3 h, i, j）。结果表明，在湿润地区，降水增加对地上净初级生产力和土壤呼吸的影响较小，但降水减少对生态系统呼吸的影响较大。随着湿润指数的增加，净初级生产力及其地上部分和土壤呼吸对降水增加的敏感性从正变为负3 k, l, m）。

尽管生态系统之间存在较大差异，但二氧化碳浓度升高（eCO2）显著刺激了植物生产力、生物量、凋落物质量和生态系统碳通量，但净生态系统生产力存在高度不确定性（图2 d）。进一步的分析表明，生态系统类型也解释了不同站点间eCO2效应的部分变化。例如，净初级生产力和地上生物量较低的草地对eCO2的反应要弱于森林生态系统。

氮添加显著刺激了植物生产力、生物量、凋落物质量和生态系统碳通量，但对地下净初级生产力或生态系统净生产量没有影响（图2 e）。相比之下，氮添加降低了所有实验中的土壤呼吸。氮添加降低了不同生态系统的根-茎比，这表明地上碳循环变量对氮添加的敏感性要高于地下碳循环变量。

该研究还分析了来自80个双因子实验的数据，以检验碳循环变量对一个驱动因素的响应是否受另一个驱动因素影响。研究结果表明，双驱动因素对所有碳循环变量的非线性影响是罕见的。

DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-019-0958-3

转自：“生态科研笔记”微信公众号

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