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来自中国的研究人员为揭示中国森林生物质碳对干湿变化的不对称响应等问题,开展相关研究,发现干旱未使森林生物质碳减少但增速放缓等,为森林管理和应对气候变化提供依据。
森林在陆地生态系统中扮演着极为重要的角色,它储存了大约 45% 的陆地生态系统碳,并且能可持续且高效地吸收大量二氧化碳(CO
2),是缓解全球变暖计划的关键部分。然而,干旱这一全球性自然灾害,不仅会直接加剧森林的水分胁迫,导致树木死亡率上升,还会通过火灾、虫害爆发以及森林结构改变等间接影响,降低森林的碳固存能力,甚至使部分森林从碳汇转变为碳源。未来气温(Tmp)上升,会让世界变得更炎热干燥,更多森林植物将面临干旱胁迫。因此,深入了解干旱对森林碳固存的负面影响,对未来森林管理(FM)和缓解气候变化意义重大。
土壤湿度(SM)和水汽压亏缺(VPD)是限制植被水分利用和碳吸收的主要干旱胁迫因素。SM 就像是植物的直接 “水源储备库”,掌控着土壤到木质部和叶片的水力传导以及养分运输过程;VPD 则是影响植物气孔导度和光合作用的主导因素,在调节森林的功能机制和代谢过程中发挥关键作用。通常情况下,低 SM 会加速土壤和植被的水分蒸发,同时降低根系的吸水能力,增加植被死亡风险;高 VPD 会使植物气孔关闭,干扰木质部水分运输,进而限制光合作用和生物量生产。
尽管众多研究试图构建解释 SM 和 VPD 对植被碳固存影响的框架,但由于 SM 和 VPD 之间的强耦合关系,它们在植被碳固存中的相对重要性仍不明确。而且以往研究大多聚焦于 SM 和 VPD 的直接影响,忽视了 Tmp 的作用。Tmp 是干旱事件增加的主要驱动因素,由高 Tmp 引发的干旱对植被生产力的损失比降水(Pre)不足引发的干旱更大。
中国在森林保护和恢复方面成果显著,森林增长率位居世界前列,为全球碳固存贡献巨大。但中国也是受干旱影响严重的国家,并且未来干旱趋势还可能增强。目前关于中国森林生物量碳对干湿变化响应的研究存在不足,例如缺乏对森林生态系统对干旱胁迫缓冲或抵抗机制的了解,对地下部分对水分胁迫响应的信息掌握不够等。因此,中国成为研究森林生物量碳如何响应干旱胁迫的关键区域。
此次研究旨在揭示 2002 年至 2020 年中国森林生物量碳对干湿条件变化的不对称响应,解析全球变暖下 VPD 和 SM 对森林生物量碳的具体影响,填补相关知识空白。研究着重关注不同区域、不同森林管理类型以及地上和地下部分的差异。
研究发现,2002 年至 2020 年,中国森林中地上生物量碳(AGBC)和地下生物量碳(BGBC)的均值和趋势值存在明显的时空差异。较高的 AGBC 和 BGBC 值主要集中在西南和东北地区,但这些高值区域却出现了下降或增长缓慢的趋势,尽管中国大部分森林的碳储量增长较快。研究还表明,2002 年至 2020 年中国森林生物量碳总体上持续增加。干旱并没有使森林生物量碳减少,只是减缓了其增长速度。
在全球变暖的大背景下,VPD 对森林生物量碳的影响比 SM 更为深远。而且,VPD 可以增强或抵消温度对森林生物量碳的直接影响。在不同干湿区域,SM 和 VPD 对森林生物量碳的主导作用也有所不同。
随着干旱频率的增加,充分了解 Tmp 和水分可利用性协同变化对森林碳储量的影响,对增强森林生态系统的碳固存能力、缓解气候变暖至关重要。该研究整合了多种卫星观测和气象数据,为深入认识中国森林生物量碳对干湿条件的响应提供了重要依据,也为森林管理和应对气候变化提供了有力支撑。