近日，我院王卫光教授团队在著名期刊《自然­通讯》（Nature Communications）上在线发表了题为“Transition from positive to negative indirect CO₂ effects on the vegetation carbon uptake”的学术论文。

大气CO₂浓度的升高显著地影响植被碳吸收，进而引起陆地碳收支情况的剧烈变化。除CO₂直接生理影响（即CO₂施肥效应）外，大气CO₂浓度的升高也会改变气候条件（如温度、降水、水汽压差等）及其相关环境状况（如由温度驱动的土壤有机质矿化率变化及其带来的氮素有效性变化），从而间接地影响植被碳吸收。现有的研究表明，大气CO₂浓度在近些年植被碳吸收增长中发挥着主导的作用，但CO₂对植被碳吸收的直接积极影响在持续减弱也已是不争的事实。综合以上两点，CO₂间接影响如何变化无疑决定了陆地碳收支的未来走向，即是否或何时会出现陆地碳汇向碳源的转变从而进一步加速气候变化。然而，这种CO₂通过引起气候变化而对植被碳吸收施加的间接影响，其时间动态特征目前尚不明确且缺乏系统性的定量研究。此外，鉴于陆地碳循环与水循环间的高度耦合关系，水文条件的变化在其中究竟扮演着怎样的角色目前也没有清晰的认识。针对上述科学问题，我院王卫光教授团队同时利用遥感观测数据和地球系统模型控制试验结果在全球尺度上探究了CO₂间接影响在过去三十多年间的演变规律（图1），并预估了在高排放情景SSP5-8.5下该影响的潜在变化趋势，最后进一步解析了土壤水分条件变化对CO₂间接影响的内在调节机制（图2）。

图1 历史时期CO₂间接影响的演变特征

研究发现：大气CO₂浓度升高引起的气候变化最初可以有效促进植被碳吸收的增长，但这一积极效应在近年来显著下降并在21世纪初转变为消极效应（即导致植被碳吸收的减弱），这种消极效应在未来仍将进一步加剧。CO₂间接影响的减弱在北半球高纬度地区尤为明显，并同时伴随着CO₂直接生理影响的减弱，可见当前由气候变暖和CO₂施肥共同驱动的北方生态系统植被强劲增长态势将会减缓甚至是消失。广泛存在的土壤水分减少是上述CO₂间接影响减弱的重要驱动力，除了在一些非湿润地区，干旱带来的水分利用效率增长反而可以缓解植被生长过程中的水分限制从而产生了相反的响应模式。本研究结果有助于更全面地了解全球变化对陆地生态系统的影响机制，以及该系统中碳-水循环间复杂的相互作用关系，从而为更加综合与务实气候缓和战略的制定提供有效参考。

图2 土壤水分对CO₂ 间接影响的调节作用

河海大学王卫光教授为论文通讯作者，其指导的博士陈泽峰为第一作者。成果由我校联合意大利佛罗伦萨大学、欧盟委员会联合研究中心等知名高校和科研院所共同完成。

论文信息：Zefeng Chen, Weiguang Wang*, Giovanni Forzieri, & Alessandro Cescatti (2024). Transition from positive to negative indirect CO₂ effects on the vegetation carbon uptake. Nature Communications,  https://www.nature.com/articles/s41467-024-45957-x.