Science Advances | 升温与CO2浓度升高的协同效应，加剧了干旱对草原碳-水循环的影响

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原文信息

现有研究普遍认为，二氧化碳浓度升高能够提高植物的水分利用效率。不过，它是否能在自然生态系统中同时促进光合作用和蒸散作用，从而增加净初级生产力，这一点仍存在争议。

在这项研究中，作者假设二氧化碳浓度升高对生态系统的整体过程影响不大，但会提高水分利用效率和碳利用效率，进而使光合作用量相对于蒸散量和蒸腾量有所增加。基于该假设做了长期的草地实验。

Maud Tissink et al. ,Synergistic effects of warming and elevated CO2 intensify drought impacts on grassland carbon and water fluxes.Sci. Adv.12,eaea8988(2026).DOI:10.1126/sciadv.aea8988

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研究摘要

理解二氧化碳（CO2）浓度升高、气候变暖及干旱如何相互作用并改变生态系统功能，对于预测未来生态系统的韧性及陆气反馈至关重要。本研究利用一项长期草地实验，探讨了CO2浓度升高（eCO2）、增温和干旱对生态系统功能属性（包括水汽与CO2通量，以及水分利用效率WUE和碳利用效率CUE）的单独及交互影响。结果显示，尽管eCO2和增温的单独效应有限，但两者的交互作用协同增强了生态系统呼吸，并放大了干旱对大多数功能属性的影响。在自然降水条件下，这种交互作用并未降低生态系统净生产力（NEP），因为呼吸作用的增强被CO2吸收量的周期性增加所抵消。然而，eCO2与增温的共同作用加剧了干旱对CO2通量和WUE，以及对干旱结束后蒸散发和CUE的负面影响。这导致了最低的季节性NEP，其下降幅度是仅受干旱影响时的四倍。研究结果强调，未来的气候条件可能会削弱遭受干旱胁迫的生态系统在水分利用和净碳吸收方面的能力。

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研究进展

大气中二氧化碳浓度的上升、气候变暖以及干旱现象的加剧，正在全球范围内改变生态系统的功能表现。然而，这些因素单独或共同作用时，会如何影响与水和二氧化碳流动相关的生态系统功能特性，目前仍不清楚。这些功能特性包括生态系统中的水和二氧化碳流动情况、水分利用效率（即每单位水分流失所对应的二氧化碳吸收量）以及碳利用效率（即呼吸作用后所保留的碳的比例）。这些因素共同决定了生态系统维持自身结构和功能的能力，进而影响碳储量的变化，以及生态系统对热浪和干旱等干扰的反应。

尽管这些问题非常重要，但目前在以下方面仍存在很大的知识空白：

(1) 在未来更温暖、二氧化碳浓度更高的环境下，生态系统功能特性将如何变化，尤其是在干旱条件下；

(2)这些未来因素的变化将影响“即时性”干旱效应与“滞后性”干旱效应之间的平衡关系；

（3）这些全球变化因素的综合效应究竟是叠加性的，还是非叠加性的，也尚不确定。这些不确定性限制了我们对未来水循环和碳循环变化的预测能力，从而给维持生态系统的稳定性和功能带来了挑战。

在本研究中，我们主要探讨了两个关键问题：

(1) 二氧化碳浓度升高和气候变暖，单独或共同作用时，会如何影响这些生态系统的功能特性？

(2) 在未来气候更暖、二氧化碳浓度更高的环境下，干旱期间及之后，这些生态系统的功能特性又会发生怎样的变化？

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主要图表

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讨论与启示

总体来说，本研究探讨了气候变暖、二氧化碳浓度升高以及干旱如何单独或共同影响与水分和二氧化碳循环相关的生态系统功能特性（如蒸散量、总初级生产力、水分利用效率、净生态系统生产力、辐射通量以及碳利用效率等）。

我们在一片经过人工管理的湿润草原上进行的长期实验得出了两个重要结论：

(1)在气候变暖、二氧化碳浓度升高的条件下，干旱的影响。无论是同时发生的干旱，还是其后续影响，都会加剧并改变生态系统的功能表现。

(2)当多种全球变化因素同时作用时，其综合效应往往超过各个因素单独作用时的效果，而且这些因素之间常常存在协同作用，尤其是当同时发生的因素越多时。

总体而言，我们的研究揭示了未来干旱条件可能如何显著降低生态系统吸收碳的能力。

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