我校李建龍教授團(tuán)隊(duì)在全球變化生態(tài)學(xué)研究中取得重要成果
近日，我校生命科學(xué)學(xué)院李建龍教授團(tuán)隊(duì)在全球草地資源定量?jī)?yōu)化核算及其對(duì)氣候變化響應(yīng)的研究中取得重要成果。該團(tuán)隊(duì)首次將全球草地分布區(qū)細(xì)分為不同的干旱梯度(氣候區(qū))，在此基礎(chǔ)上定量評(píng)估不同氣候區(qū)草地NPP和CUE的時(shí)空演變動(dòng)態(tài)及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制，在一定程度上提高了全球尺度下草地動(dòng)態(tài)對(duì)氣候變化響應(yīng)研究的評(píng)估精度，且彌補(bǔ)了以往研究定性評(píng)估的不確定性。此外，該團(tuán)隊(duì)定量評(píng)估了全球不同氣候區(qū)草地NPP和CUE時(shí)空分布特征，全球5大主要草地類(lèi)型(Open shrublands、Closed shrublands、Savannas、Woody savannas、Non-woody grasslands )的NPP和CUE變化特征，也找出了不同氣候區(qū)下草地NPP和CUE變化的主導(dǎo)影響因子，對(duì)于我國(guó)乃至全球各個(gè)國(guó)家草地生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)與管理、以及實(shí)現(xiàn)草地資源的可持續(xù)利用具有重要指導(dǎo)意義。
該成果以“Evaluating the responses of net primary productivity and carbon use efficiency of global grassland to climate variability along an aridity gradient” (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718341913?dgcid=author)為題在生態(tài)環(huán)境頂級(jí)雜志《Science of the Total Environment》發(fā)表，第一作者為2017級(jí)博士研究生劉洋洋，通訊作者為李建龍教授。
根據(jù)IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第五次報(bào)告，隨著CO2等溫室氣體排放的增加，全球氣溫在1880-2012年間上升了0.85℃，且全球變暖將持續(xù)加劇。在全球變化的影響下，陸地生態(tài)系統(tǒng)不斷經(jīng)歷新的變化。草地作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，覆蓋了地球陸地面積的25%，是陸地重要的碳庫(kù)，在平衡大氣溫室氣體濃度過(guò)程中具有獨(dú)特的地位和重要性。草地凈初級(jí)生產(chǎn)力(Net Primary Productivity，NPP)和草地碳利用效率(Carbon use efficiency，CUE)是判定草地生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯功能及其可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)的重要因子，也是全球陸地碳循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要組成部分。評(píng)估氣候變化對(duì)草地NPP、CUE的影響不僅有助于揭示草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)理，且對(duì)于區(qū)域的氣候變化的預(yù)測(cè)及陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的后續(xù)研究具有重要的指示意義。
目前已有眾多學(xué)者在區(qū)域或全球尺度下探索草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制，然而以往研究更多的是將研究區(qū)視為一個(gè)整體，而沒(méi)有考慮到氣候變化對(duì)草地動(dòng)態(tài)的影響會(huì)隨著氣候區(qū)的變化而改變；事實(shí)上，草地動(dòng)態(tài)對(duì)氣候變化的響應(yīng)會(huì)隨著研究區(qū)水熱條件組合以及水分可利用性的變化而改變；因而在大區(qū)域尺度下定性的分析草地動(dòng)態(tài)與氣象因素的相關(guān)關(guān)系將會(huì)造成結(jié)果的不確定性。
為了準(zhǔn)確探究全球尺度下不同干旱梯度(氣候區(qū))下草地凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)及其碳利用效率(CUE)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，并科學(xué)揭示不同氣候區(qū)草地NPP和CUE對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)基于全球植被生產(chǎn)力數(shù)據(jù)、氣溫降水?dāng)?shù)據(jù)、潛在蒸散量數(shù)據(jù)以及草地覆被數(shù)據(jù)，將全球草地分布區(qū)細(xì)分為干旱(AR)、半干旱(SAR)、半濕潤(rùn)(DSH)和濕潤(rùn)(HU)四個(gè)干旱梯度(氣候區(qū))(圖1)，并通過(guò)趨勢(shì)分析法準(zhǔn)確反應(yīng)該時(shí)間段不同干旱梯度草地NPP和CUE的時(shí)空演變動(dòng)態(tài)，在此基礎(chǔ)上精確評(píng)估不同氣候區(qū)草地NPP和CUE對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制。
本研究結(jié)果表明：除AR之外，其他氣候區(qū)草地NPP和CUE均呈現(xiàn)輕度增加趨勢(shì)。草地NPP和CUE在不同的氣候區(qū)表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性。草地NPP的高值區(qū)主要分布在南半球的DSH和HU，原因在于該部分地區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn)，草地光合能力較強(qiáng)且土壤有效水分較高，利于草地NPP的積累。草地CUE的高值區(qū)主要分布在北半球的HU。此外，草地NPP和CUE的低值區(qū)主要集中在全球的AR和SAR，原因在于該部分地區(qū)氣溫高，降水少，干旱對(duì)草地生長(zhǎng)的脅迫增強(qiáng)，且草地植被的生物活性及呼吸作用強(qiáng)，造成草地CUE偏低，且不利于草地NPP的積累。對(duì)于不同氣候區(qū)而言，草地NPP和CUE由大到小依次為：HU > DSH > SAR > AR。對(duì)于不同草地類(lèi)型而言，高的NPP值對(duì)應(yīng)高的CUE值，且NPP和CUE由小到大依次為：Savannas < Woody savannas < Closed shrublands < Non-woody grasslands < Open shrublands?？傮w而言，全球草地NPP、CUE與年平均降水(MAP)呈正相關(guān)，與年平均氣溫(MAT)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。然而，這種關(guān)系會(huì)隨著區(qū)域水熱條件的差異發(fā)生變化。具體看來(lái)，草地NPP與MAP在AR和SAR呈正相關(guān)關(guān)系，而在HU呈負(fù)相關(guān)。草地NPP與MAT之間的正相關(guān)關(guān)系僅存在于HU。在各個(gè)氣候區(qū)內(nèi)，草地CUE與MAP均呈正相關(guān)，而與MAT呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，隨著干旱梯度由AR至HU的變化，草地CUE與MAP的相關(guān)系數(shù)逐漸減小，表明降水與AR/SAR的CUE增加有重要關(guān)系，而這種關(guān)系在HU將變得不明顯(圖2)。
該研究工作得到國(guó)家重大研發(fā)計(jì)劃（No.2018YFD0800201）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41501575）、國(guó)際APN重點(diǎn)項(xiàng)目（AR-CP2015-03CMY-Li）和澳大利亞政府基金項(xiàng)目(PSLP: No.64828)等項(xiàng)目的資助(生命科學(xué)學(xué)院、科技處)。
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