气候变化背景下高生物多样性生态系统碳同化预测模型研究

本研究针对气候变化背景下自然生态系统碳交换能力评估的需求，以加那利群岛特内里费岛48种原生植物为研究对象，通过构建整合辐射、温度、湿度和土壤水分因子的经验模型，揭示了植物水分状态是驱动碳吸收的最关键因子。研究创新性地建立了光合作用对降水累积的响应机制，为预测未来气候情景下地中海型生态系统的碳汇功能提供了重要工具，成果发表于《Global Ecology and Conservation》。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，理解自然生态系统的碳汇能力变得至关重要。地中海型气候区域作为典型的干旱易发区，其植物群落如何响应日益严峻的水分胁迫，直接影响着全球碳循环的平衡。然而，现有研究多关注单一环境因子对光合作用的影响，缺乏对高生物多样性生态系统中多因子协同作用的系统评估。加那利群岛特内里费岛独特的自然环境——从干旱海岸群落（年降雨50毫米）到云雾森林（海拔2000米）的急剧海拔梯度，为破解这一科学难题提供了天然实验室。

为揭示环境因子对碳同化的综合影响，Alicia V. Perera-Castro团队对岛上5类植被带（包括特有 Euphorbia 灌丛、月桂林等）的48种原生植物展开为期两年的野外观测。研究创新性地将Smith光响应模型与Heskel呼吸模型相结合，通过非线性最小二乘回归构建了整合光合有效辐射（PPFD）、叶温（T）、相对湿度（RH）和黎明前水势（Ψ_w）的多因子预测模型。特别值得注意的是，团队建立了次级模型量化降水累积（P₂）与Ψ_w的定量关系，从而将降雨纳入碳同化预测体系。

研究结果揭示三个关键发现：首先，水分可用性（参数c和d）对光合饱和速率（A_sat）的影响显著强于温度（参数b），在77.5%的物种中Ψ_w对A_sat的调控达显著水平。例如特有种Rumex lunaria对水分胁迫异常敏感（c=22.6），当Ψ_w降至-1.3 MPa时光合作用完全停止。其次，不同植被类型呈现鲜明的适应性策略：月桂林树种通过深层根系（低Y值）维持水分获取，而干旱生境的Cistus monspeliensis则表现出极强的等水调节能力（最低Ψ_w达-5.7 MPa）。第三，暗呼吸（R_D）的温度敏感性（参数a）在月桂林显著低于其他群落，可能与冠层生物量分配策略相关。

这项研究构建的预测模型平均解释力达R²=0.75，但在极端环境（如山顶灌丛）的适用性仍需提升。研究创新点在于：首次量化了降水-水分胁迫-光合作用的级联效应参数（cY），为评估气候变化对岛屿生物多样性热点的碳汇功能影响提供了定量工具。正如作者强调的，将植物水分状态作为核心预测指标，能显著提升未来气候情景下碳同化模型的准确性。该成果不仅为地中海型生态系统的保护提供科学依据，其建模框架也可推广至其他高生物多样性地区的气候变化研究。