南京大学地理学科最新成果： 全球陆地生态系统二氧化碳施肥效应时空变化格局

南京大学国际地球系统科学研究所和地理与海洋科学学院张永光教授、居为民教授和陈镜明院士团队在全球变化和陆地碳循环领域取得重要进展。未来全球变暖的速率及陆地生态系统对全球变暖的响应是《Science》杂志列出的未来25年需要解决的125个重大科学问题之一。工业革命以来，人类活动造成大气中二氧化碳（CO2）的浓度持续上升。CO2浓度的不断增加，在通过温室效应导致全球变暖的同时，也提高了植被的光合作用速率（即CO2施肥效应），增加陆地生态系统吸收大气CO2的能力（即碳汇能力），从而减缓全球变暖的速率。研究表明，大气CO2施肥效应是造成近几十年来全球陆地生态系统碳汇显著增加的决定性因素，也是全球变绿的主要驱动因子之一。因此，在全球尺度定量化评估CO2施肥效应，并分析其时空变化格局，有助于准确评估全球陆地生态系统的固碳能力以及其变化趋势、降低未来气候变化预测的不确定性十分重要。 尽管基于控制实验可以在叶片和冠层尺度对CO2施肥效应的机理进行了的研究，但控制实验的数量、空间分布和物种代表性有限，全球尺度CO2施肥效应的时空变化得定量评估尚不清楚。长时间序列遥感观测为全球CO2施肥效应研究提供了数据基础。因此，该研究首先基于系列卫星传感器的观测数据，研制了1982-2015年全球新型植被指数（NIRv）数据，验证其作为全球植被光合作用（总初级生产力，GPP）指示器的可行性；在此基础上，构建了准确评估全球CO2施肥效应的检测-归因模型，揭示了近四十年全球CO2施肥效应的时空变化特征，评价了结果的可能不确定性；最后，结合欧洲ICP Forests等机构提供的欧洲地区叶片氮磷观测和全球陆地水储量等遥感数据，揭示了全球CO2施肥效应时空变化的可能原因。 研究表明，全球CO2施肥效应在近四十年呈现显著的下降的趋势；2001-2015年的全球CO2施肥效应比1982-1996年显著降低。全球超过70-80%的陆地植被区域CO2施肥效应呈现下降的趋势，欧洲、西伯利亚、南美洲和非洲大部以及澳大利亚西部地区尤为明显；在少部分地区CO2施肥效应存在着上升的趋势，例如东南亚部分地区和澳大利亚东部地区。多个生态系统模型同样能够模拟出全球CO2施肥效应的下降趋势，但显著低于基于遥感数据的结果。