二氧化碳(CO_2)是植物光合作用的重要原料,二氧化碳浓度越高,植物的生长是否就越快?有最新研究结果显示,在全球范围内植被的二氧化碳的“施肥效应”有下降趋势。12月11日,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的相关研究成果在线发表在《科学》杂志上。

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《科学》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的浓度持续上升。以夏威夷冒纳罗亚观测站的数据来说,上世纪80年代大气中二氧化碳的浓度在340ppm左右,而在2020年大气中二氧化碳的浓度最高已经达到417ppm。

植被对于气候有负反馈作用。二氧化碳浓度的不断增加,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CO_2施肥效应),增加了陆地生态系统吸收大气中二氧化碳的能力,从而减缓全球变暖的速率。研究表明,大气CO_2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。

南京大学的这项研究,基于团队多年的不断积淀,将植被遥感与全球变化生态学研究相结合,首次对近40年全球CO_2施肥效应的时空变化格局进行了定量化评估。

张永光介绍,该研究首先基于系列卫星传感器的观测数据,得到了1982~2015年全球新型植被指数数据,了解全球植被光合作用的变化情况,利用植被CO_2施肥效应的检测—归因模型,揭示了近40年全球植被CO_2施肥效应的时空变化特征。

研究发现,全球植被CO_2施肥效应在大部分地区近40年呈现显著的下降趋势;2001—2015年的全球植被CO_2施肥效应比1982—1996年显著降低。全球超过60%的陆地区域CO_2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CO_2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。“在我们中国,CO_2的施肥效应则比较稳定,下降趋势不明显。”张永光说,CO_2施肥效应的下降,主要是从全球尺度来说,在部分地区具体的时空变化及原因是进一步研究的方向。

该研究揭示了全球CO_2施肥效应时空变化的相关原因。团队利用欧洲地区超过3万余条森林叶片关键养分(氮和磷)浓度观测数据进行分析,结果表明,欧洲植被叶片氮和磷浓度有显著的下降趋势。“随着二氧化碳浓度的上升,植被不断增长,但作为植物重要的营养成分的氮和磷浓度在下降,这可能是施肥效应下降的原因之一。”

在全球尺度定量化评估CO_2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,对降低未来气候变化预测的不确定性十分重要。

此项研究得到国家重点研发计划“全球变化及应对”重点专项、国家自然科学基金委和江苏省杰出青年科学基金等项目的支持,并在相关数据获取和验证方面得到了国内外合作实验室的大力支持。论文第一作者为王松寒副研究员,张永光教授为通讯作者,居为民教授和陈镜明院士为主要共同作者。

(本报记者 杨频萍)