吳朝陽(yáng)、葛全勝研究團隊在植被物候和聯(lián)合國可持續發(fā)展目標方面取得系列進(jìn)展

植被是陸地生態(tài)系統的重要組成部分,在全球變化碳循環(huán)中扮演著(zhù)重要角色。植被物候作為氣候變化最直接、敏感的指示器,是監測區域乃至全球尺度植被生態(tài)系統變化的關(guān)鍵。聯(lián)合國可持續發(fā)展目標(SDGs)是一項關(guān)于人類(lèi)、地球和繁榮的全球議程,旨在引領(lǐng)世界走上可持續和有韌性的發(fā)展道路。吳朝陽(yáng)、葛全勝研究團隊圍繞植被物候和SDGs開(kāi)展了一系列研究工作,取得了多項重要研究成果:

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1、揭示了生物多樣性對植被春季物候的調控機制

植被春季物候對氣候變化的響應通常是通過(guò)測量其溫度敏感性(ST,溫度每升高1度,植被提前展葉的天數)來(lái)量化。ST是植被在當地歷史氣候環(huán)境的選擇壓力下演化形成的最優(yōu)策略,其變化反映了植被為優(yōu)化生命周期而對氣候變化做出的適應性調整。了解ST的時(shí)空變化及其驅動(dòng)因素對于更好地理解植被物候對氣候變化的反饋至關(guān)重要。然而,以往的研究主要集中在ST的氣候驅動(dòng)因素上,對生物多樣性如何影響植被的物候響應及其潛在機制的理解仍然有限。生物多樣性在調節植被生長(cháng)和發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用,是生態(tài)系統適應氣候變化、保持穩定的重要因素。

我們基于北半球393,139個(gè)森林清查樣地和衛星觀(guān)測的ST,研究了生物多樣性對植被物候響應氣候變化的緩沖效應及機制。結果發(fā)現生物多樣性在很大程度上影響了ST的空間變異,其影響力甚至超過(guò)了氣候因素。在生物多樣性較高的林分中,ST較低,可能歸因于物種異步性以及其對氣候變化響應的多樣性,符合保險假說(shuō)。同時(shí),生物多樣性驅動(dòng)的植被根系變化和土壤理化性質(zhì)的改善也是潛在的原因。此外,研究還發(fā)現,當前的一些地球系統模型無(wú)法捕捉到ST與生物多樣性之間的負相關(guān)關(guān)系,進(jìn)一步凸顯了在預測氣候變化對物候和生態(tài)系統的影響時(shí),納入生物多樣性緩沖效應的必要性。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Climate Change。

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2、發(fā)現了溫度對地表凍融循環(huán)控制作用減弱導致了青藏高原植被綠化

青藏高原作為地球“第三級”和氣候變化的敏感區域,對于區域乃至全球的水文和生態(tài)過(guò)程有重要影響。目前,有大量研究關(guān)注氣候變暖對青藏高原地表凍融循環(huán)的影響,但這種影響隨時(shí)間的變化尚不明確。

利用長(cháng)時(shí)間序列的遙感數據,我們發(fā)現在1980-2018期間,溫度對青藏高原地表融化開(kāi)始日期(the start of thawing,SOT)的影響有顯著(zhù)減弱的趨勢。這種溫度控制作用減弱的趨勢歸因于一些氣候變量,其中輻射是最重要的調控因子。進(jìn)一步探究這種趨勢帶來(lái)的生態(tài)水文影響,我們發(fā)現溫度對SOT影響的減弱會(huì )導致根區水分的增加,并進(jìn)一步導致青藏高原變綠。然而,目前的地球系統模型無(wú)法準確模擬出地表凍融循環(huán)控制減弱與生產(chǎn)力的關(guān)系。我們的發(fā)現強調了氣候變暖對春季地表凍融循環(huán)影響的動(dòng)態(tài)變化,以及這些變化在未來(lái)氣候情景下產(chǎn)生的重要生態(tài)影響。相關(guān)研究成果發(fā)表在PNAS。

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3、探討了中國SDGs的權衡和協(xié)同效應

目前,影響可持續發(fā)展目標(SDGs)實(shí)施進(jìn)展的重要因素是各國易選擇性地落實(shí)部分目標,但會(huì )忽略各目標之間的相互作用。SDGs進(jìn)展評估面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是各目標之間存在的協(xié)同和權衡關(guān)系不明確,造成無(wú)法揭示不同可持續發(fā)展目標之間存在的復雜互饋機制。

我們綜合利用社會(huì )、經(jīng)濟、環(huán)境等相關(guān)地球大數據,構建了2000-2020年由102個(gè)指標組成的統一化SDGs指標數據集,建立了中國國家和省級層面的SDGs協(xié)同與權衡網(wǎng)絡(luò ),揭示了17個(gè)可持續發(fā)展目標在國家、省和地區層面共同但有區別的優(yōu)先度。研究結果顯示,中國19個(gè)省份在SDG 13(氣候行動(dòng))、SDG 5(性別平等)方面的權衡與全國水平一致,其他12個(gè)省份差異較大。24個(gè)省份在SDG 1(無(wú)貧窮)、SDG 6(清潔飲水和衛生設施)方面表現出與國家水平一致的最高協(xié)同效應,其余7個(gè)省份各不相同。研究提出,省級SDGs決策應制定更有針對性的政策,與國家優(yōu)先事項保持一致。地方層面利用協(xié)同效應和處理權衡采取具體行動(dòng),可有效加速可持續發(fā)展目標實(shí)現。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications。

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以上研究工作得到了中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項(A類(lèi))、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )等項目的支持。

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論文信息:

Shen,P.?,Wang,X.?,Zohner,C. M.,Pe?uelas,J.,Zhou,Y.,Tang,Z.,Xia,J.,Zheng,H.,Fu,Y.,Liang,J.,Sun,W.*,Zhang,Y.*,Wu,C* (2024). Biodiversity buffers the response of spring leaf unfolding to climate warming. Nature Climate Change. https://doi.org/10.1038/s41558-024-02035-w

Li,J.,Wu,C.*,Zhang Y.,Pe?uelas,J.,Liu,L.,Ge,Q.* (2024). Weakening warming on spring freeze-thaw cycle caused greening Earth’s third pole. PNAS,121(8),e2319581121. https://doi.org/10.1073/pnas.2319581121

Xing,Q.,Wu,C.*,Chen,F.*,Liu,J,Pradhan,P.,Bryan,B.A.,Schaubroeck,T.,Carrasco,L.R.,Gonsamo,A.,Li,Y.,Chen,X.,Deng,X.,Albanese,A.,Li,Y.,Xu,Z. (2024). Intranational synergies and trade-offs reveal common and differentiated priorities of sustainable development goals in China. Nature Communications,15,2251. https://doi.org/10.1038/s41467-024-46491-6


圖?1 ?生物多樣性與ST之間的負相關(guān)關(guān)系及其機制

圖?2?青藏高原地表解凍日期對溫度敏感性的變化及其對植被綠度的影響

圖?3? 國家及區域尺度SDGs協(xié)同和權衡關(guān)系







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