跨生物群落总初级生产力的广泛但分异干旱遗留效应研究

本综述基于76个长期涡度协方差站点数据，首次在全球尺度系统评估了干旱对总初级生产力（GPP）的遗留效应。研究发现52次干旱事件中半数产生显著遗留效应（持续约1年），其中负效应（GPP降低3.2%）居多，但正效应（GPP提升7.0%）亦占27%。森林生态系统更易出现负效应，且水力脆弱性（P50）越高遗留效应越强。该研究揭示了干旱遗留效应对碳循环评估的关键影响，为改进陆地生物圈模型提供了重要依据。

　　

广泛但分异的干旱遗留效应

基于全球76个长期（≥7年）涡度协方差站点的观测数据，本研究系统评估了不同生物群落中干旱对总初级生产力（GPP）的遗留效应。在分析的52次干旱事件中，26次表现出显著遗留效应，其持续时间通常达干旱结束后1年，且效应强度与干旱同期影响相当。值得注意的是，这些效应呈现明显分异：19次事件导致后续年份GPP降低（负遗留效应），7次则显示GPP增加（正遗留效应）。森林生态系统相比非森林生态系统更易出现负遗留效应，且水力脆弱性较高的森林表现更为显著。

研究方法与数据基础

研究采用多源涡度协方差数据（FLUXNET2015、ICOS、AmeriFlux和OzFlux），涵盖森林、草地、灌丛和稀树草原等生态系统。通过计算蒸散分数（EF）异常（<-1σ）定义生态干旱事件，并利用随机森林模型量化遗留效应。模型以短波辐射（SW_IN）、气温（TA）、饱和水汽压差（VPD）和水份可利用指数（WAI）等气候驱动因子预测GPP异常，将观测值与预测值之差作为遗留效应量度。同时采用SHAP分析验证气候敏感性的偏移，确保遗留效应检测的可靠性。

遗留效应的时空格局

空间分析表明，干旱遗留效应广泛存在于北美、欧洲和澳大利亚的各类生态系统中。负遗留效应使GPP平均降低3.2%，而正效应可提升GPP达7.0%。与树木径向生长和卫星遥感绿度指标相比，GPP的遗留效应幅度更小（约-1.2%）、持续时间更短（约1年），这暗示碳分配策略在干旱响应中起关键调节作用。典型案例显示，美国半干旱草地（US-Var）在2004年干旱后出现正遗留效应，与观测到的叶片氮浓度升高现象吻合。

生态系统类型的差异响应

森林生态系统表现出更显著的负遗留效应，而非森林生态系统（如草地）则可能通过快速补偿生长实现恢复。因果分析确认植被类型是遗留效应的关键驱动因子。进一步对森林生态系统的分析表明，水力性状（如P₅₀）与遗留效应强度显著相关：具有较低水力安全性（即P₅₀值较高）的森林更易出现强烈遗留效应，因为其导管栓塞风险更高且修复成本更大。但树种丰富度、林龄等因素未显示显著影响，可能与样本量限制有关。

机制探讨与模型启示

负遗留效应可能源于干旱诱导的叶片面积减少、水力结构损伤或碳储备耗竭；正效应则可能与养分可利用性增加、种间竞争缓解或物种组成变化相关。研究发现将增强植被指数（EVI）纳入模型后可改善GPP异常预测，说明冠层结构变化是遗留效应的重要机制。当前陆地生物圈模型对遗留效应的模拟能力不足，本研究结果为改进模型参数化提供了实证基础。

研究展望与应用价值

该研究首次在全球尺度量化了GPP干旱遗留效应的普遍性和变异性，强调其在碳循环评估中的重要性。未来需整合植物水力性状、土壤养分循环等多维度数据，并加强生态系统联网观测，以揭示遗留效应的内在机制。研究结果对预测气候变化下生态系统碳汇功能演变具有重要指导意义。