牛書麗課題組在Nature Communications發文揭示生態系統光合的水分適應性
生態系統總初級生產力（GPP）是生物圈與大氣之間最大的碳通量，理解GPP的水分響應是準確預測氣候變化-碳循環反饋關系的關鍵。目前的地球系統模型通常基于土壤水分的經驗函數（β）來表征GPP對水分虧缺的響應，因為土壤水分是植物光合作用過程的主要限制因子。其中，β取值范圍為0到1，β?= 1表示無土壤水分脅迫下的最大光合速率。然而，近期的觀測研究發現土壤水分過高也會對GPP產生抑制作用。這說明GPP和土壤水分之間存在單峰關系，具有最適土壤水分（SMGPP opt，此時GPP達到最大值）。SMGPP opt表征土壤水分對GPP影響由正向負的拐點。盡管該單峰關系的概念已被建立，但是SMGPP opt的量化工作仍然十分有限。迄今為止，在全球范圍內還沒有基于觀測數據的SMGPP opt評估。至于生態系統能否通過調整SMGPP opt來適應土壤水分變化更是知之甚少。
在此，我們分析了全球FLUXNET143個站點的GPP土壤水分響應曲線。結果表明，其中108站點的GPP土壤水分響應曲線呈拋物線型，SMGPP opt在全球不同生物群落中廣泛存在。進一步分析顯示，SMGPP opt的分布主要受水分條件的控制，即干旱生態系統的SMGPP opt通常高于濕潤生態系統，反映了生態系統的水分適應性。該適應性也被一項野外水分控制實驗所驗證。實驗發現，經過長期干旱處理后，生態系統通過下調SMGPP opt來降低水分需求。以上研究結果為SMGPP opt的存在及其水分適應性提供了觀測和實驗證據，有助于改善氣候變化下陸地碳吸收過程的理解和預測。
該成果近期發表于Nature Communications，第一作者為博士研究生彭金龍，通訊作者為牛書麗研究員，還有來自中國科學院生態環境研究中心和西南民族大學的合作研究人員。本研究得到國家自然科學基金和科技部重點研發項目的資助和支持。
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論文信息：
Peng,J.,Tang,J.,Xie,S.,Wang,Y.,Liao,J.,Chen,C.,Sun,C.,Mao,J.,Zhou,Q.,& Niu,S. (2024). Evidence for the acclimation of ecosystem photosynthesis to soil moisture. Nature Communications,15,9795.
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54156-7
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