地球陸地表面的生態(tài)系統(tǒng)支持對社會至關(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)對這種威脅，了解哪些功能對于獲得生態(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)和對環(huán)境變化的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜。
由 MPI BGC 和德國 iDiv 的 Mirco Migliavacca 博士領(lǐng)導(dǎo)的大型國際研究人員網(wǎng)絡(luò)通過組合多個數(shù)據(jù)流和方法解決了這個問題?？茖W(xué)家們使用來自全球生態(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、數(shù)學(xué)模型以及統(tǒng)計和因果發(fā)現(xiàn)方法。結(jié)果非常簡單：“我們能夠確定三個關(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。
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主要因素，我們的結(jié)果強(qiáng)調(diào)了水資源可用性對生態(tài)系統(tǒng)性能的重要性。這對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。
研究人員檢查了全球 203 個監(jiān)測站的二氧化碳、水蒸氣和能量的交換率，這些監(jiān)測站屬于 FLUXNET 網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)LUXNET 網(wǎng)絡(luò)是一個由多個研究團(tuán)隊和現(xiàn)場站點(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。對于每個站點(diǎn)，他們計算了一組生態(tài)系統(tǒng)的功能特性，并進(jìn)一步包括對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)的計算。
確定的三個功能指標(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，它可以通過干擾和森林管理來控制生態(tài)系統(tǒng)功能。同時，水和碳的利用效率也嚴(yán)重依賴于氣候，部分依賴于干旱，這表明氣候變化對未來生態(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，“增加了對世界生態(tài)系統(tǒng)對氣候和環(huán)境變化的反應(yīng)的綜合評估。”
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