陸地生態(tài)系統(tǒng)的功能受三個(gè)主要因素控制

地球陸地表面的生態(tài)系統(tǒng)支持對(duì)社會(huì)至關(guān)重要的多種功能和服務(wù)，例如生物量生產(chǎn)、植被利用陽(yáng)光和水的效率、保水和氣候調(diào)節(jié)，以及最終的糧食安全。氣候和環(huán)境變化以及人為影響不斷威脅著這些功能的提供。要了解陸地生態(tài)系統(tǒng)將如何應(yīng)對(duì)這種威脅，了解哪些功能對(duì)于獲得生態(tài)系統(tǒng)整體福祉和功能的良好表現(xiàn)至關(guān)重要。這尤其困難，因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜。

由 MPI BGC 和德國(guó) iDiv 的 Mirco Migliavacca 博士領(lǐng)導(dǎo)的大型國(guó)際研究人員網(wǎng)絡(luò)通過(guò)組合多個(gè)數(shù)據(jù)流和方法解決了這個(gè)問題。科學(xué)家們使用來(lái)自全球生態(tài)系統(tǒng)站網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合衛(wèi)星觀測(cè)、數(shù)學(xué)模型以及統(tǒng)計(jì)和因果發(fā)現(xiàn)方法。結(jié)果非常簡(jiǎn)單：“我們能夠確定三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，使我們能夠總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)作方式：實(shí)現(xiàn)的最大生產(chǎn)力、用水效率和碳使用效率”，該研究的第一作者 Miglivacca 博士說(shuō)。

最大生產(chǎn)力指標(biāo)反映了給定生態(tài)系統(tǒng)吸收 CO2 的能力。用水指標(biāo)是代表生態(tài)系統(tǒng)用水效率的指標(biāo)的組合，即植物蒸騰的每量水所吸收的碳。碳使用效率指標(biāo)反映了生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳的使用，它代表了呼吸的碳與吸收的碳。令人驚訝的發(fā)現(xiàn)使該團(tuán)隊(duì)反思了復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)最終是如何由一小組主要因素驅(qū)動(dòng)的，就像發(fā)現(xiàn)的那樣，例如，基于少數(shù)葉子特征的葉子光合作用。

“僅使用這三個(gè)主要因素，我們就可以解釋生態(tài)系統(tǒng)功能中近 72% 的可，”Migliavacca 補(bǔ)充道。“由于用水效率是第二個(gè)主要因素，我們的結(jié)果強(qiáng)調(diào)了水資源可用性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)性能的重要性。這對(duì)于考慮氣候變化影響至關(guān)重要，”最后一位作者、MPI BGC 和 iDiv 生物地球化學(xué)整合系主任 Markus Reichstein 教授說(shuō)。

研究人員檢查了全球 203 個(gè)監(jiān)測(cè)站的二氧化碳、水蒸氣和能量的交換率，這些監(jiān)測(cè)站屬于 FLUXNET 網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)LUXNET 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)和現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)收集和共享數(shù)據(jù)的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。選定的地點(diǎn)涵蓋了多種氣候帶和植被類型。對(duì)于每個(gè)站點(diǎn)，他們計(jì)算了一組生態(tài)系統(tǒng)的功能特性，并進(jìn)一步包括對(duì)平均氣候和土壤水分可用性變量以及植被特征和植被生物量衛(wèi)星數(shù)據(jù)的計(jì)算。

確定的三個(gè)功能指標(biāo)嚴(yán)重依賴于植被結(jié)構(gòu)，即植被綠度、葉片含氮量、植被高度和生物量。這一結(jié)果強(qiáng)調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要性，它可以通過(guò)干擾和森林管理來(lái)控制生態(tài)系統(tǒng)功能。同時(shí)，水和碳的利用效率也嚴(yán)重依賴于氣候，部分依賴于干旱，這表明氣候變化對(duì)未來(lái)生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵作用。“我們的探索性分析是制定生態(tài)系統(tǒng)功能和生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)的關(guān)鍵一步，”Reichstein 總結(jié)道，“增加了對(duì)世界生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候和環(huán)境變化的反應(yīng)的綜合評(píng)估。”

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