植被总初级生产力（GPP）是陆地生态系统碳循环的起点，与陆地生态系统碳汇功能密切相关。陆地生态系统每年的GPP总量很大程度上取决于当年GPP的最大值（GPPmax），而植被冠层结构和外部资源达峰时间的匹配程度决定了GPPmax出现的时间和大小。在全球环境变化的背景下，植被能否根据外部资源的季节变化调整冠层结构达峰时间从而达到GPPmax的潜在最大值尚不清楚，其内在驱动机制亦不明确。

北京大学城市规划与设计学院朱再春课题组和北京大学城市与环境学院朴世龙院士团队合作，基于多源遥感和通量观测数据，结合机器学习方法，定量分析了近20年北半球植被光合作用和冠层结构季节峰值的时间差异及其驱动机制。研究发现，北半球植被冠层结构的季节峰值时间普遍晚于光合作用的季节峰值时间（平均晚8天），气候和营养限制是北半球植被冠层发育滞后的主要原因（图1）。在此基础上，研究揭示，大气CO2浓度升高驱动了植被光合作用达峰时间提前，而气候和营养等因子限制了植被冠层结构达峰时间的优化调整，导致过去20年北半球植被光合作用和冠层结构季节峰值的时间差异显著增加。此外，研究指出目前的生态系统模型因缺乏相关机制的表达，对植被光合作用和冠层结构达峰时间的时空动态模拟存在较大的不确定性。该研究为理解植被光合作用能力季节动态的内在驱动机制提供了新的视角。

图1. （a）北半球植被光合作用和冠层结构季节峰值的时间差异（绿色表示光合作用先达峰，黄色表示冠层结构先达峰）；（b）环境因子对二者时间差异的相对贡献。

该成果以“Seasonal peak photosynthesis is hindered by late canopy development in northern ecosystems”为题发表于《自然-植物》（Nature Plants）杂志（doi：10.1038/s41477-022-01278-9）。北京大学2020级博士生赵茜为第一作者，朱再春研究员和朴世龙院士为共同通讯作者。北京大学曾辉教授、张尧研究员、美国波士顿大学Ranga B. Myneni教授、西班牙巴塞罗那自治大学Josep Peñuelas教授也参与了此项研究工作。该研究属于自然资源部陆表系统与人地关系重点实验室的主要方向之一。

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https://www.nature.com/articles/s41477-022-01278-9