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近日，我院學(xué)者參與的一項(xiàng)國(guó)際合作研究《The three major axes of terrestrial ecosystem function》“陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的三個(gè)軸線”發(fā)表在Nature《自然》雜志正刊，該項(xiàng)研究揭示了陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的時(shí)空變化主要由三個(gè)因素共同主導(dǎo)。這三個(gè)因素解釋了陸地生態(tài)系統(tǒng)功能71.8%的可變性，分別是：

1．生態(tài)系統(tǒng)最大生產(chǎn)力：反映了生態(tài)系統(tǒng)將大氣中CO₂通過(guò)光和作用固定的最大速率，主要由植被結(jié)構(gòu)參數(shù)控制；

2．生態(tài)系統(tǒng)用水策略：反映了生態(tài)系統(tǒng)的水分利用效率，主要由植被高度和氣候要素決定；

3．生態(tài)系統(tǒng)碳利用效率：反映了生態(tài)系統(tǒng)將固定的CO₂轉(zhuǎn)化為生物量的效率，主要由植被結(jié)構(gòu)參數(shù)控制。

地球陸地生態(tài)系統(tǒng)支持著對(duì)人類社會(huì)至關(guān)重要的多種功能和服務(wù)，如生物質(zhì)生產(chǎn)、植被對(duì)陽(yáng)光和水的利用效率、保水和氣候調(diào)節(jié)，以及糧食安全。氣候和環(huán)境變化以及人類活動(dòng)的影響正不斷威脅著生態(tài)系統(tǒng)對(duì)這些功能的可持續(xù)提供能力。為了了解陸地生態(tài)系統(tǒng)將如何應(yīng)對(duì)這一威脅，最關(guān)鍵的是要明確哪些功能對(duì)獲得生態(tài)系統(tǒng)的整體福祉和功能最為重要。要回答這一基本的科學(xué)問(wèn)題并非易事，因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其組成和結(jié)構(gòu)以及其作為一個(gè)整體對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)方式相當(dāng)復(fù)雜。

為了回答以上問(wèn)題，科學(xué)家們利用來(lái)自全球生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，結(jié)合衛(wèi)星遙感觀測(cè)、數(shù)學(xué)模型以及統(tǒng)計(jì)方法。其結(jié)果是驚人的簡(jiǎn)單："我們能夠確定對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的時(shí)空變化進(jìn)行解釋的三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：生態(tài)系統(tǒng)最大固碳能力、使用水的效率和使用碳的效率。最大固碳能力指標(biāo)反映了生態(tài)系統(tǒng)吸收二氧化碳的能力。水分利用效率指標(biāo)表示生態(tài)系統(tǒng)每使用一定量的水所能夠固定的二氧化碳量。碳利用效率指標(biāo)反映了一個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)呼吸所釋放的碳與通過(guò)光和作用所固定的碳之間的比例。以上這些結(jié)果表明，復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)功能的變化最終是由幾個(gè)主要關(guān)鍵軸所主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)的，亦即“生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)鍵軸”。生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)鍵軸的概念可以用作開(kāi)發(fā)陸表模型的基礎(chǔ)，并有可能顯著提高模型對(duì)未來(lái)氣候變化背景下的陸地碳和水循環(huán)的可預(yù)測(cè)性，以應(yīng)對(duì)未來(lái)不斷變化的氣候和環(huán)境條件。

（a,由PCA得出的雙標(biāo)圖。不同顏色的點(diǎn)代表不同的植物功能類型（PFTs）。b,每個(gè)主成分的方差解釋百分比。c, d,每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)功能屬性（EFP）對(duì)每個(gè)主成分的貢獻(xiàn)contribution（c）和負(fù)荷loading（d）的柱狀圖。橙色條代表負(fù)荷和貢獻(xiàn)是通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的。）

本研究分析了五個(gè)氣候變量（Tair、VPD、CSWI、P和SWin）和四個(gè)植被結(jié)構(gòu)特征（LAImax、AGB、Hc和N%）對(duì)隨機(jī)森林主成分可預(yù)測(cè)性的預(yù)測(cè)相對(duì)重要性。研究發(fā)現(xiàn)最大生產(chǎn)力軸（PC1）主要由植被結(jié)構(gòu)（LAImax、AGB、Hc和N%）和VPD解釋。用水策略軸(PC2)主要由最大冠層高度(Hc），其次是氣候變量解釋。結(jié)構(gòu)變量和氣候變量共同解釋了碳利用效率軸(PC3)的可變性。PC3最重要的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)因子是AGB和N%，而VPD、Tair和SWin是最重要的氣候驅(qū)動(dòng)因素。

該國(guó)際合作研究由德國(guó)馬克斯-普朗克學(xué)會(huì)生物地球化學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)，參與者來(lái)自全球眾多科研機(jī)構(gòu)，我院馬軒龍青年研究員是論文的合作作者，蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院是論文的合作研究單位。論文全文獲取網(wǎng)址：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03939-9

位于意大利Torgnon的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，坐落于阿爾卑斯山海拔約2100米的草地，屬于歐洲綜合碳觀測(cè)系統(tǒng)（ICOS）和全球FLUXNET通量觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。來(lái)自于不同觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的通量數(shù)據(jù)使得該項(xiàng)重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)成為可能(? Marta Galvagno, ARPA Valle d'Aosta, Italy)。