南京师范大学李龙辉教授课题组丨Geophysical Research Letters丨地球变绿也许并不一定意味着陆地生态系统生产力提升
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陆地生态系统通过光合作用吸收大气中的二氧化碳并形成总初级生产力（Gross Primary Production，GPP），是全球碳循环的重要组成部分，在调节大气CO₂浓度和缓解气候变化方面发挥着关键作用。然而，由于GPP难以直接观测，目前全球尺度的GPP变化主要依赖遥感反演、生态模型以及地球系统模型等多种方法进行估算。不同研究方法得到的GPP变化趋势存在明显差异，一些研究认为在CO₂施肥效应增强以及人类土地利用管理加强的背景下，全球植被叶面积指数（LAI）显著增加，从而推动了全球陆地生态系统生产力的持续增长；而另一些研究则指出，随着气温升高和蒸汽压亏缺增强，植被水分胁迫加剧，可能抑制光合作用并导致GPP增长减缓甚至下降。这些不一致的研究结论表明，当前对全球陆地生态系统生产力变化机制的认识仍存在较大不确定性。传统的GPP估算模型通常以植被结构指标（如LAI或EVI）作为植被光能吸收能力的重要表征变量，但这些指标主要反映叶面积数量的变化，难以直接反映光合作用过程中关键的生理过程。叶绿素作为植物光合作用中吸收光能并将其转化为化学能的核心色素，是驱动光反应过程和碳固定过程的重要生理基础，其含量变化直接影响植被对光能的利用效率和生态系统的碳吸收能力。然而，由于长期缺乏全球尺度叶绿素观测数据，叶绿素在全球光合作用估算中的作用往往被忽略，使得许多GPP模型无法准确刻画植被光合能力的真实变化。近年来，随着卫星遥感技术的发展，MERIS陆地叶绿素指数（MTCI）为定量监测全球植被冠层叶绿素含量提供了新的数据来源，使得从生理机制角度重新评估全球植被生产力成为可能。因此，有必要在全球尺度上系统分析叶绿素含量变化特征及其对GPP变化的影响，以更准确地理解陆地生态系统碳吸收能力及其变化机制，从而为全球碳循环评估和气候变化预测提供更加可靠的科学依据。该研究从植物光合作用的生理机制出发，将植被叶绿素含量纳入全球总初级生产力估算框架中，突破了传统光能利用效率模型主要依赖植被结构指标（如LAI或EVI）的局限性，从而在模型结构上更直接地刻画了光合作用能量吸收与碳固定过程之间的联系。研究利用MERIS陆地叶绿素指数（MTCI）作为冠层叶绿素含量的遥感代理变量，并将其引入改进的光能利用效率模型中，用以表征植被冠层对光合有效辐射的吸收能力，从而构建了基于叶绿素驱动的全球GPP估算方法。该研究通过对全球叶面积指数与叶绿素指数变化趋势的对比分析，揭示了植被结构变化与生理功能变化之间存在显著不一致现象，即在部分地区叶面积持续增加的同时，单位叶面积的叶绿素含量却呈下降趋势，从而表明传统“地球变绿”并不一定意味着生态系统生产力的同步增强。在此基础上，研究进一步通过多变量回归和贡献度分析评估叶绿素、温度和光合有效辐射对全球GPP变化的相对作用，结果表明叶绿素含量在全球超过一半的植被区域中成为主导GPP变化的重要因子。这一研究从生态系统生理过程角度揭示了叶绿素含量对全球碳吸收能力的重要限制作用，为理解全球植被生产力变化机制提供了新的视角，同时也为改进遥感驱动的碳循环模型提供了重要参考。陆地总初级生产力（GPP）的变化趋势在不同光能利用效率模型之间存在显著差异。目前大多数模型并未将叶绿素含量作为驱动变量，而叶绿素在光合作用过程中对光能吸收具有关键作用。本研究将MERIS陆地叶绿素指数（MTCI）作为叶绿素含量的代理变量，并将其引入光能利用效率模型，以评估叶绿素对全球陆地GPP的影响。结果表明，在2003—2011年期间，全球约11%的植被区域MTCI显著增加，而约15%的区域呈显著下降趋势。进一步分析发现，在全球超过55%的植被区域中，MTCI是影响GPP变化的最重要因素，因此全球GPP整体呈现不显著变化趋势。研究结果表明，陆地植被叶绿素含量对全球GPP具有显著限制作用，但这一关键因素在以往的GPP估算中往往被忽略。本研究强调，在评估陆地生态系统对大气CO₂吸收能力及其潜在驱动机制时，应充分考虑叶绿素含量这一重要生理指标。文章来源：生态遥感与碳循环，版权属于原作者，仅用于学术分享，如涉及内容、版权和其他问题，请联系删除！
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