地球上的光合作用受植物物候(植物生命周期與氣候的相互作用)和環(huán)境條件的調(diào)節(jié)，這兩者在近幾十年都發(fā)生了很大的變化。與前期的光合作用主要由氣溫升高或雨季開始驅(qū)動(dòng)不同，后期的光合作用可能受到植物生命周期和輻射等多種因素的限制，其潛在機(jī)制尚不清楚。陸地后期的光合作用極大地促進(jìn)了年總固碳量，對(duì)氣候敏感?？茖W(xué)家普遍認(rèn)為，隨著季節(jié)的變暖，后期光合作用的溫度極限會(huì)降低，但水的可利用性仍不確定。
美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的一項(xiàng)新研究表明，水分脅迫的加劇——溫度上升導(dǎo)致干旱頻率的增加，會(huì)限制物候周期：事實(shí)上，通過關(guān)閉光合作用，會(huì)在季末產(chǎn)生較低的碳吸收，從而加劇全球變暖。研究人員利用遙感數(shù)據(jù)和原位觀測(cè)來分析光合作用結(jié)束時(shí)的溫度和水分限制。他們發(fā)現(xiàn)后期光合作用的水分限制受土壤水分和年平均溫度的調(diào)節(jié)。地球系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)，到2100年，大部分陸地表面將是溫暖的，土壤將是干燥的，所以很明顯，水的可利用性將成為后期光合作用和碳吸收的限制因素，變得越來越重要。
地球與環(huán)境工程副教授、地球研究所副研究員皮埃爾云頂(Pierre Gentine)說：“我們想知道，植物光合作用的驅(qū)動(dòng)因素處于生長(zhǎng)的后期，未來會(huì)發(fā)生怎樣的變化。這項(xiàng)研究發(fā)表在今天的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上?！拔覀兊难芯渴且粋€(gè)很好的例子，說明了如何利用遙感技術(shù)的進(jìn)步來解決這樣的長(zhǎng)期問題?！?
該團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)和遙感技術(shù)生成了一個(gè)新的數(shù)據(jù)集，用于繪制全球植物光合作用圖。他們發(fā)現(xiàn)，在生長(zhǎng)季節(jié)結(jié)束時(shí)，光合作用溫度和水分限制的空間模式形成鮮明對(duì)比。分隔這些閾值的閾值取決于能源供應(yīng)和土壤水供應(yīng)之間的平衡。在不同的生長(zhǎng)季節(jié)，降水和溫度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的光合作用有重要但相反的影響：如果某些地區(qū)植物的光合作用受到降水的限制(與降水呈正相關(guān))，溫度可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，反之亦然。
這項(xiàng)研究的第一作者、前Gentine博士后研究科學(xué)家張堯說：“我們第一個(gè)證明了土壤水分和生態(tài)系統(tǒng)能量輸入之間的平衡決定了系統(tǒng)是否受到降水或溫度的限制”。勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博士后?！半S著溫度限制的降低，需要更多的土壤水分來支持增加的植被活動(dòng)，尤其是在生長(zhǎng)后期。CMIP5模型預(yù)測(cè)了未來的升溫和干燥，尤其是生長(zhǎng)后期。這兩個(gè)因素將進(jìn)一步擴(kuò)大水資源有限的地區(qū)，導(dǎo)致光合作用的大量變化和潛在下降。”
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