全球气候变暖和大气中的二氧化碳浓度增加导致了植被绿度的普遍升高。然而近期研究表明，全球变绿的趋势正在减缓，而背后的驱动机制尚不清楚。青藏高原对气候变化尤为敏感，是探究气候对植被生长影响机制的天然试验场。近几十年来，受多重环境因素的影响，青藏高原的植被生长特征已发生显著变化。不同环境因子对植被生长的影响错综复杂，气候变化驱动青藏高原植被绿度变化的内在机制仍待进一步研究。

近日，清华大学地球系统科学系王焓副教授课题组结合长时间序列多源卫星遥感数据与气象信息，分析了1982-2016年间青藏高原植被绿度响应气候变化的时空格局。研究发现，在整个高原面上，虽然光温、水湿等气候因子发生了相对均一的变化，但最大植被绿度变化趋势却呈现出明显的空间分异（图1）。在北部地区，植被显著变绿；而在中部和东南部地区，植被绿度却呈现出下降的趋势。为对该现象进行解释和归因，课题组在生态演化最优性原理基础上引入水量平衡约束，开发了简洁的叶面积指数模型。该模型不仅有效预测了最大植被绿度的空间分布，而且定量预测了青藏高原最大植被绿度的年际变化趋势及其响应气候要素变化的敏感性，为揭示青藏高原植被绿度变化空间分异性的驱动机制提供了科学工具（图2）。该成果以“Optimality principles explaining divergent responses of alpine vegetation to environmental change” 为题，发表在国际学术期刊Global Change Biology上。

图1 青藏高原气候要素和植被最大绿度变化的空间格局

图2 (a) 水量平衡约束下的最大叶面积指数预测方案; (b) 青藏高原植被绿度年际变化趋势的卫星观测及模型预测结果

研究团队利用该模型解耦了多重环境因子对植被绿度变化的贡献度，探究了青藏高原植被绿度变化的驱动机制。结果显示，不断上升的大气二氧化碳浓度提高了植被对光能和水分的利用效率，促进了青藏高原植被的生长。在该效应的基础上，水分进一步主导了西北部干旱地区植被绿度的变化，使得该区域植被随着降水的增加整体变绿；而在相对湿润地区，温度和空气干燥度则是是影响植被生长的主要因素。升温和空气干燥度的增加引起了植被向地下分配的生物量增加，进而提升了单位叶片构建的碳成本，不利于该区域植被冠层的生长（图3）。与此同时，观测和模型预测结果均显示，过去近几十年间，青藏高原植被生长响应降水和温度的敏感性均有所下降，观测降幅分别为0.00054 % mm⁻¹ yr⁻¹和0.10 % SWI⁻¹ yr⁻¹，与预测结果一致（0.00057 % mm⁻¹ yr⁻¹和0.06 % SWI⁻¹ yr⁻¹）。这说明水分对高原植被生长的限制能力将随降水量的增加逐步减弱，而升温带来大气干燥度增加和地上地下碳分配的调整则可能削弱植被冠层的生长。

图3 多重环境因子对青藏高原最大植被绿度变化的贡献

清华大学地球系统科学系博士研究生朱子琪为论文第一作者，王焓副教授为论文通讯作者。博士乔圣超、博士后谭深和清华大学杰出访问教授Sandy P. Harrison和I. Colin Prentice为论文的共同作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（32022052、91837312、31971495）和清华自主科研计划（20223080041）等项目的资助。

全文链接

Zhu, Z., Wang, H., Harrison, S. P., Prentice, I. C., Qiao, S., & Tan, S. (2022). Optimality principles explaining divergent responses of alpine vegetation to environmental change. Global Change Biology, 00, 1– 17. https://doi.org/10.1111/gcb.16459

供稿：朱子琪

编辑：王佳音

审核：张强