陸地生態(tài)系統(tǒng)包含一系列時空連續(xù)、尺度多元且互相聯(lián)系的生態(tài)學過程。由于大部分生態(tài)學過程都受到溫度調(diào)控,因此氣候變暖會對全球陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠的影響。近年來,全球變化生態(tài)學的基本科學問題之一是陸地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵過程如何響應與適應全球氣候變暖。圍繞該問題,該文梳理了近年來的研究進展,重點關(guān)注植物生理生態(tài)過程、物候期、群落動態(tài)、生產(chǎn)力及其分配、凋落物與土壤有機質(zhì)分解、養(yǎng)分循環(huán)等過程對溫度升高的響應與適應機理。通過定量分析近20年來發(fā)表于主流期刊的相關(guān)論文,展望了該領(lǐng)域的前沿方向,包括物種性狀對生態(tài)系統(tǒng)過程的預測能力,生物地球化學循環(huán)的耦合過程,極端高溫與低溫事件的響應與適應機理,不對稱氣候變暖的影響機理和基于過程的生態(tài)系統(tǒng)模擬預測等�；谶@些研究進展,該文建議進一步研究陸地生態(tài)系統(tǒng)如何適應氣候變暖,更多關(guān)注我國的特色生態(tài)系統(tǒng)類型,并整合實驗、觀測或模型等研究手段開展跨尺度的合作研究。 

【文章來源】：植物生態(tài)學報. 2020,44(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：21 頁

【部分圖文】：

生態(tài)系統(tǒng)部分關(guān)鍵過程響應氣候變暖的證據(jù)量、一致性及置信度。證據(jù)量是指報道該生態(tài)系統(tǒng)過程的研究文獻數(shù)量,一致性是指所有文獻中支持該響應現(xiàn)象的百分比例。置信度由證據(jù)量與一致性的乘積表示。該方法參考了第五次IPCC報告(IPCC,2013)中的置信度概念,并沿用了Xia等(2014)一文中的表達方法。本圖中涉及的具體發(fā)表文獻請見附錄I。

植物功能性狀是與植物生長、生存、競爭和繁殖緊密相關(guān)的一系列功能屬性(Wright et al.,2004;Kunstler et al.,2016),常見的功能性狀有表征植物資源利用能力的比葉面積、葉氮含量、胞間和大氣CO2濃度比、邊材和葉面積之比等;表征植物光合能力的最大羧化速率和最大電子傳遞速率等(Reich et al.,1997;Reich,2014)。植物功能性狀既取決于遺傳因素,又受到外界環(huán)境的修飾作用(van Bodegom et al.,2012)。全球變暖可以直接影響植物的功能性狀(Cui et al.,2020),進而影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能(Atkin et al.,2008;Meng et al.,2015;Doughty et al.,2018)。植物功能性狀對氣候變暖的響應,在預測植被分布、反映植被對氣候變化的響應和評估生態(tài)系統(tǒng)服務功能等方面發(fā)揮著重要的作用。盡管已有成果有力地推動了全球變化生態(tài)學的發(fā)展,但仍存在很多值得發(fā)展和探索的空白區(qū)域:(1)目前功能性狀的研究與理論發(fā)展主要基于個體水平的觀測。不同植物個體對氣候變暖的響應模式不同,根據(jù)個體反應難以預測群落或生態(tài)系統(tǒng)的整體響應模式,未來應該加強群落或生態(tài)系統(tǒng)水平性狀的觀測研究(He et al.,2019)。(2)功能性狀的研究主要集中于地上性狀,地下性狀對于植物生長發(fā)育、養(yǎng)分循環(huán)等同樣至關(guān)重要(Ma et al.,2018)。(3)缺乏增溫梯度控制實驗研究,以往的實驗模擬研究大多沒有增溫梯度,難以深入探究功能性狀對于氣候變暖的敏感性及適應性。(4)基于植被功能性狀及其環(huán)境變異性對動態(tài)植被模型進行改進(Verheijen et al.,2015;Ma et al.,2017),發(fā)展我國自主產(chǎn)權(quán)的動態(tài)植被模型。土壤微生物作為土壤中活的有機體系,是生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和能量流動的重要紐帶(Wieder et al.,2015)。全球變暖可能會改變土壤微生物結(jié)構(gòu)和功能組成,從而影響植物與土壤微生物之間的相互作用與反饋(Xue et al.,2016)。然而,目前學術(shù)界對土壤微生物群落如何響應氣候變暖等問題認識不足,且缺乏相關(guān)實驗證據(jù),成為了限制陸地生態(tài)系統(tǒng)氣候反饋預測的重要因素(Li et al.,2014;Abramoff et al.,2018)。因此,未來需要借助新興技術(shù)手段及方法加強對微生物關(guān)鍵過程和機理的研究,如利用高通量測序手段對微生物群落進行全面而準確地分析;借助穩(wěn)定同位素標記進行代謝途徑、養(yǎng)分分配等機理研究。

在目前大部分模型中,氣候變暖與陸地碳循環(huán)之間存在顯著的正反饋關(guān)系(Friedlingstein et al.,2003;Heimann&Reichstein,2008)。然而,自然生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的反饋機理遠比模型更加復雜(Cao&Woodward,1998;Arneth et al.,2010;van Nes et al.,2015)。例如,最近的一項研究在位于冰島的亞北極草地中測定了128個生態(tài)系統(tǒng)變量,并利用天然的地熱溫度梯度評估了生態(tài)系統(tǒng)對短期(5–8年)與長期(>50年)氣候變暖的響應模式(Walker et al.,2019)。該研究發(fā)現(xiàn)長期氣候變暖會使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)態(tài)遷移,即產(chǎn)生新的生物群落并導致物種豐富度、生物量與土壤有機質(zhì)含量下降。迄今為止,生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的反饋機理存在一些仍無法定量的理論假設(shè),例如植被光合與呼吸作用對溫度的適應性、土壤碳庫的激發(fā)效應和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的作用等(Luo et al.,2001;Hoch et al.,2003;Kroner&Way,2016;Liang et al.,2018;Du et al.,2020)。所以,在未來生態(tài)系統(tǒng)模型的發(fā)展中,需要更加深入地研究生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的反饋機理以及合適的模型化手段,以提高模型模擬和預測的能力。3 總結(jié)

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3444569