气候变化临界点的到来可能比人们想象的更快
美国哥伦比亚大学（Columbia University）Julia K. Green等于2019年1月23日在《Nature》上发表题目《Large influence of soil moisture on long-term terrestrial carbon uptake》的文章。该研究通过GLACE-CMIP5（全球陆地大气耦合实验-耦合模型比对项目）实验数据，探究了水分变化对21世纪CO2通量的影响，揭示了土壤水分对陆地碳吸收的长期影响。
研究摘要
陆地生物圈吸收了约25%的人为二氧化碳（CO2）排放量，但由于其吸收速率的不确定性，导致无法准确预知气候变化。而土壤水分可通过造成水分胁迫从而减少初级生产总量，造成植被死亡，影响陆地与大气之间的反馈作用，是影响陆地生物圈碳吸收的潜在限制因素之一。已有研究揭示了土壤水分有效性可以对碳通量造成影响，但土壤水分变化和趋势对长期碳汇的影响以及对碳损失的机制仍不明确。因此，了解限制或促进土地碳储存的因素对于改进气候预测具有十分重要的意义。
基于GLACE-CMIP5（全球陆地大气耦合实验-耦合模型比对项目）实验的四个地球系统模型的数据，笔者探究了土壤净生物生产力对土壤水分变化的响应，发现土壤水分的变化和趋势导致了整个21世纪大量的CO2通量。尽管已有研究认为，极端天气会对年际间碳吸收造成影响，同时这种影响效果是持久性的，但本研究首次量化计算了整个21世纪的影响。基于作者的研究发现，亚季节和年际间土壤水分变异产生CO2的原因是光合作用和净生态系统交换对土壤水分有效性的非线性响应，以及陆地-大气相互作用引起的温度和蒸汽压力亏缺的增加。土壤水分的变异性降低了目前的土地碳汇，一些地区土壤水分的增加和干燥趋势将进一步降低土壤碳汇。同时强调，大陆作为未来碳汇的能力关键取决于碳通量对土壤水分的非线性响应和陆地-大气相互作用。这些研究结果表明碳吸收速率的增长趋势可能不会持续到本世纪中叶。
基于研究，作者证明了净生物种群生产力（NBP）对土壤水分变化的响应不是零和博弈（非合作博弈），即强烈干旱的土壤水分异常所导致的NBP的减少并不能在异常潮湿的条件下由NBP的增加得到补偿。利用GLACE-CMIP5的数据进行一系列研究实验，将NBP的减少严格地归因于土壤水分的变化，同时可以分离由长期土壤水分趋势（即干燥）变化对陆地吸收碳的能力的影响以及短期变化（即洪水和干旱等极端事件）对陆地吸收碳的能力的影响。但植物如何应对水资源压力仍不可知，探究植被对土壤水分变化的响应，可以在模型开发过程中作为目标，以便在全球环境变化的背景下获得更好的预测能力。
文中主要图片说明
图1 21世纪的全球净生物群系生产力（NBP）
图2 光合活性响应曲线
图3 自养呼吸速率（Ra）与初级生产量（GPP）之间的相关性。a-b代表基准期间Ra/GPP与温度的相关性（1971-2000年，a）以及未来发展时期Ra/GPP与温度的相关性（2056-2085，b）；c-d代表基准期间Ra/GPP与土壤水分（SM）的相关性（1971-2000年，c）以及未来发展时期Ra/GPP与土壤水分的相关性（2056-2085，d），所有数据均来自GLACE-CMIP5运行所得数据
图4 区域净生物群系生产力（NBP）变化。基准期间（1971-2000，a-b）和未来发展时期（2056-2085，c-d）由于土壤水分变化性和趋势对NBP百分比的影响。
本文编译自Nature，DOI号：10.1038/s41586-018-0848-x
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