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吴朝阳、葛全胜研究团队在植被物候和联合国可持续发展目标方面取得系列进展

植被是陆地生态系统的重要组成部分,在全球变化碳循环中扮演着重要角色。植被物候作为气候变化最直接、敏感的指示器,是监测区域乃至全球尺度植被生态系统变化的关键。联合国可持续发展目标(SDGs)是一项关于人类、地球和繁荣的全球议程,旨在引领世界走上可持续和有韧性的发展道路。吴朝阳、葛全胜研究团队围绕植被物候和SDGs开展了一系列研究工作,取得了多项重要研究成果:

1、揭示了生物多样性对植被春季物候的调控机制

植被春季物候对气候变化的响应通常是通过测量其温度敏感性(ST,温度每升高1度,植被提前展叶的天数)来量化。ST是植被在当地历史气候环境的选择压力下演化形成的最优策略,其变化反映了植被为优化生命周期而对气候变化做出的适应性调整。了解ST的时空变化及其驱动因素对于更好地理解植被物候对气候变化的反馈至关重要。然而,以往的研究主要集中在ST的气候驱动因素上,对生物多样性如何影响植被的物候响应及其潜在机制的理解仍然有限。生物多样性在调节植被生长和发育过程中发挥着关键作用,是生态系统适应气候变化、保持稳定的重要因素。

我们基于北半球393,139个森林清查样地和卫星观测的ST,研究了生物多样性对植被物候响应气候变化的缓冲效应及机制。结果发现生物多样性在很大程度上影响了ST的空间变异,其影响力甚至超过了气候因素。在生物多样性较高的林分中,ST较低,可能归因于物种异步性以及其对气候变化响应的多样性,符合保险假说。同时,生物多样性驱动的植被根系变化和土壤理化性质的改善也是潜在的原因。此外,研究还发现,当前的一些地球系统模型无法捕捉到ST与生物多样性之间的负相关关系,进一步凸显了在预测气候变化对物候和生态系统的影响时,纳入生物多样性缓冲效应的必要性。相关研究成果发表在Nature Climate Change。

2、发现了温度对地表冻融循环控制作用减弱导致了青藏高原植被绿化

青藏高原作为地球“第三级”和气候变化的敏感区域,对于区域乃至全球的水文和生态过程有重要影响。目前,有大量研究关注气候变暖对青藏高原地表冻融循环的影响,但这种影响随时间的变化尚不明确。

利用长时间序列的遥感数据,我们发现在1980-2018期间,温度对青藏高原地表融化开始日期(the start of thawing,SOT)的影响有显著减弱的趋势。这种温度控制作用减弱的趋势归因于一些气候变量,其中辐射是最重要的调控因子。进一步探究这种趋势带来的生态水文影响,我们发现温度对SOT影响的减弱会导致根区水分的增加,并进一步导致青藏高原变绿。然而,目前的地球系统模型无法准确模拟出地表冻融循环控制减弱与生产力的关系。我们的发现强调了气候变暖对春季地表冻融循环影响的动态变化,以及这些变化在未来气候情景下产生的重要生态影响。相关研究成果发表在PNAS。

3、探讨了中国SDGs的权衡和协同效应

目前,影响可持续发展目标(SDGs)实施进展的重要因素是各国易选择性地落实部分目标,但会忽略各目标之间的相互作用。SDGs进展评估面临的关键科学问题是各目标之间存在的协同和权衡关系不明确,造成无法揭示不同可持续发展目标之间存在的复杂互馈机制。

我们综合利用社会、经济、环境等相关地球大数据,构建了2000-2020年由102个指标组成的统一化SDGs指标数据集,建立了中国国家和省级层面的SDGs协同与权衡网络,揭示了17个可持续发展目标在国家、省和地区层面共同但有区别的优先度。研究结果显示,中国19个省份在SDG 13(气候行动)、SDG 5(性别平等)方面的权衡与全国水平一致,其他12个省份差异较大。24个省份在SDG 1(无贫穷)、SDG 6(清洁饮水和卫生设施)方面表现出与国家水平一致的最高协同效应,其余7个省份各不相同。研究提出,省级SDGs决策应制定更有针对性的政策,与国家优先事项保持一致。地方层面利用协同效应和处理权衡采取具体行动,可有效加速可持续发展目标实现。相关研究成果发表在Nature Communications。

以上研究工作得到了中国科学院战略性先导科技专项(A类)、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。

论文信息:

Shen,P.†,Wang,X.†,Zohner,C. M.,Peñuelas,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.,Peñuelas,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


图 1  生物多样性与ST之间的负相关关系及其机制

图 2 青藏高原地表解冻日期对温度敏感性的变化及其对植被绿度的影响

图 3  国家及区域尺度SDGs协同和权衡关系

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