近日，学院秦晓梁教授课题组在国际著名顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表研究论文“Long-term climate warming weakens positive plant biomass responses globally”。该研究系统评估了气候变暖对全球不同生态系统（农田、草地等）植物生物量的长期影响，发现变暖初期可促进地上和地下生物量增加，但这一正效应会随时间推移逐渐减弱，甚至在高温地区转为负效应。研究首次在全球尺度上揭示了植物生物量对气候变暖存在显著的“时间依赖性衰减效应”，并量化了温度、降水、土壤养分、ph等多重环境因子及其与增温持续时间的共同调节作用对植物响应的调控机制，为深入理解农田和自然生态系统生产力在长期气候胁迫下的变化规律提供了重要参考。该成果不仅有助于评估农业生态系统碳汇功能的演变趋势，也为修正全球碳汇预测、提升相关气候变化模型准确性提供了实证支撑。
图1文章首页
随着人类活动排放大量温室气体，全球变暖持续加剧，显著影响陆地生态系统碳循环。植物通过光合作用固定二氧化碳、积累生物量，是维持陆地碳汇和调节气候反馈的重要机制。变暖对植物生产力和碳汇功能的长期影响仍存在较大不确定性，尤其是变暖持续时间对植物生物量响应的影响缺乏系统评估。这一知识空缺限制了对未来气候情景下陆地碳平衡的准确预测，也对气候适应性管理与碳中和路径的制定提出挑战。
图2 样点的全球分布
本研究分析全球214个增温试验的2291对数据，发现平均增温2°C使植物地上和地下生物量分别增加9.4%和2.6%。其中林地生物量响应最明显，增温持续时间和年均气温升高会减弱地上生物量的正效应，而较大增温幅度、更多降水和低土壤pH则增强响应。变暖还导致土壤水分、有机碳和铵态氮下降，可溶性有机碳增加，但总氮含量未显著变化。
基于环境变量构建了线性混合效应模型，发现多个环境因子的累积效应与其单独效应基本一致。增温持续时间与其他环境因子间存在显著交互作用，特别是在土壤有机碳含量低、pH值高的地区，长期增温更易导致地上生物量下降。重点模拟了全球地上生物量对增温的响应。结果显示，在未来2°C增温情景下，地上生物量在增温1年时平均增加21%，但至第5年降为−4.4%，第10年降为−16%；在4.8°C增温情景下，这一趋势虽有所减缓，但长期正效应同样减弱。总体上，随着增温持续时间延长，植物对变暖的正响应逐渐减弱，尤以北半球典型区域最为显著。
图3 气候变暖对未来2°C增温情景下不同持续时间（1年、5年和10年）地上生物量的影响。左侧显示的是平均相对变化，右侧为相应的不确定性，不确定性基于标准差计算。
本研究通过揭示植物生物量对气候变暖长期响应的减弱趋势，为评估自然及农业生态系统的碳汇功能和生产稳定性提供了关键依据。结果明确警示，依赖自然生态系统作为长期碳汇的潜力可能被高估，尤其是在高温或土壤有机碳含量低、pH较高的区域；同时识别出的关键调控因子和区域差异性，为不同地区制定水资源管理、土壤肥力提升等定制化气候适应措施提供了科学指导。该成果不仅有助于提升全球碳循环模型的准确性，同时为科学制定未来农业与自然生态系统温室气体减排和适应性管理政策提供坚实的科学支撑。
该论文以西北农林科技大学为第一单位，秦晓梁教授为论文通讯作者，博士生党朋飞为论文第一作者。西北农林科技大学本科生高加欣同学、朱云晓同学参加该项研究，感谢荷兰瓦赫宁根大学Gerard H. Ros研究员、法国原子能署气候与环境科学实验室高级研究员Philippe Ciais、西北农林科技大学薛吉全教授、瑞士苏黎世大学Bernhard Schmid 教授指导！相关工作得到了国家自然科学基金（32071980, 31701384）资助。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2420379122
编辑：郭超
终审：吴清华
