根系土壤水分与温度调控全球旱地总初级生产力的季节性增长

《Global and Planetary Change》：Seasonal increases in global dryland gross primary production are modulated by root soil moisture and temperature

本研究通过分析1982-2018年全球旱地生态系统数据，揭示了根系土壤水分（RSM）对总初级生产力（GPP）的关键驱动作用，并发现最高温度（Tmax）通过调节饱和水汽压差（VPD）等因子对GPP产生季节性双向影响，为理解旱地碳循环机制提供了新视角。

　　

Highlight

研究发现根系土壤水分（RSM）对全球旱地总初级生产力（GPP）具有压倒性的主导作用，而地表土壤水分（SSM）的影响相对较弱。最高温度（Tmax）是影响GPP的第二大因素，在冷季表现为显著正效应，在暖季则转为负效应。饱和水汽压差（VPD）同样呈现季节性逆转模式。Tmax通过调控其他气象因子间接影响GPP，暖季通过VPD负向调控，冷季则通过VPD正向调控。

章节摘要

全球旱地分布

本研究采用的全球旱地分布数据源自《世界荒漠化地图集》，将干旱指数（AI = 年降水量[P]与潜在蒸散量[PET]之比）介于0.05至0.65之间的区域定义为旱地，约占全球陆地面积的39.7%。本研究将全球旱地进一步划分为五个亚类。

不同季节GPP的时间变化趋势

1982至2018年间，各季节GPP的平均斜率值均呈现上升趋势，年平均增长率为0.127 g C m²/yr (p < 0.001)。其中，MAM（春季）期间GPP增长率最快，达0.175 g C m²/yr (p < 0.001)，而SON（秋季）期间的年际变化最慢，为0.0962 g C m²/yr (p < 0.001)。不同区域的旱地GPP变化趋势各异。在欧洲，MAM期间的增长趋势最为显著。

SSM和RSM对GPP的差异性影响

尽管先前的模型分析强调了土壤水分在影响全球碳吸收中的关键作用，但这些模型可能仍低估了其在植被功能中的重要性。土壤水分含量直接决定了植被水分利用和生物量，其变化影响植物蒸腾和根系吸水能力。研究表明，土壤水分是调控GPP和蒸腾过程的关键环境变量。

结论

这项对1982-2018年全球旱地气候与生产力数据的综合分析，阐明了旱地GPP的季节性趋势及其对环境变量的响应。研究结果表明，全球旱地的GPP受到降水（PPT）、太阳辐射（Srad）、最高温度（Tmax）、饱和水汽压差（VPD）、地表土壤水分（SSM）和根系土壤水分（RSM）等一系列环境变量的共同影响。结果证实，RSM在影响GPP方面发挥着压倒性的主导作用，对全球旱地GPP产生了最强的正向效应。