其变化对陆地生态系统碳、水和能量平衡具有重

2020-03-01 06:41 来源:未知

在“全球变化及应对”重点专项的支持下,“全球变化驱动下陆表自然和人文要素相互作用及区域表现”项目团队提出了温周期和光周期协同调控春季物候新理论。

全球变化下了解树木物候在时空尺度对气候变暖的响应及其背后驱动机制对科学评估全球森林生态系统生产力、固碳潜力及森林可持续发展至关重要。全球变暖下高海拔地区升温速率高于低海拔地区。然而,由于缺乏基于广阔空间尺度上长期物候观测数据的研究,树木春季物候对不同海拔升温的响应至今尚不清楚。

气候变暖对北半球高纬度生态春季碳汇作用在减弱

植物物候是气候变化的敏感性指标,其变化对陆地生态系统碳、水和能量平衡具有重要的决定性影响,同时植物物候变化影响动植物关系,植被分布等,进而对生态系统结构和功能产生重要的影响。春季升温和光周期被普遍认为是物候变化的最主要决定因素,但光周期与温度如何调控植被物候一直存在较大争议,主要原因是缺乏大数据统计分析和实验验证分析。北京师范大学水科学研究院付永硕教授团队结合大尺度数据分析和野外控制实验,首次证明了成年树木中普遍存在光周期对植物春季物候调控作用,但在幼年树木中的光周期响应存在差异,进而提出了温周期与光周期协调控制春季物候期的理论框架:光周期通过调整物候积温需求和冷激需求的非线性关系,进而调整春季物候发生时间,以达到最长生长季与避免冷伤害平衡的最优生长史策略(图1)。这一研究表明,植物物候响应气候变化的温度敏感性受光周期调控,未来气候变暖条件下的温带森林物候变化将取决于春季升温与冬季升温的相对速率以及光周期三者共同作用。未来春季物候提前量将低于预期,进而对地陆地生态系统碳循环和水循环过程,以及生态系统服务价值功能产生重要的影响。

中国科学院华南植物园森林生态与模拟研究组研究员黄建国等指导学生通过分析温带5个优势树种的652000条春季物候数据,创新性地发现春季物候对海拔梯度的响应呈非线性趋势。在高海拔地区,由于1951-1980年春季积温的降低,展叶的时间每十年延后2.7±0.6天。与此同时,低海拔地区展叶时间提前。展叶物候在高低海拔的差异导致1951-1980年物候对海拔的敏感性急剧上升(0.36±0.07天每百米每十年)。1980年之后,由于低海拔地区冬季积温降低,高海拔地区冬季积温上升,春季积温效率提高导致展叶物候提前,物候对海拔的敏感性降低(0.32±0.07天每百米每十年)。该结果说明由于不同海拔的温度变化差异较大,以及物种对这些变化响应的差异,不同海拔梯度的物候越来越趋于一致。该研究阐释了树木物候在海拔梯度上的差异以及内在机理,为精确预测树木物候对全球变暖的响应提供了依据。

西北半球高纬度陆地生态系统是一个巨大的碳汇,在全球碳循环中扮演着十分重要的角色。此前有学者指出,气候变暖导致的植被春季物候期提前是北半球高纬度地区碳汇功能的重要机制。这一观点得到了学界的普遍认可和广泛应用。日前,中科院青藏高原地球科学卓越创新中心朴世龙及其合作团队利用北半球高纬度地区大气CO2浓度观测数据、遥感数据、陆地生态系统和海洋碳循环模型,并结合大气传输模型,系统分析了过去30多年来北半球高纬度地区生态系统春季碳汇对温度响应的动态变化及其机制。相关成果发布于《自然•气候变化》。

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