#NPP#【Nature Geoscience：營養供應不足削弱陸地生產力和碳匯能力】
#CO2# #氣候模型# #養分限制# #NPP# #碳匯#
【Nature Geoscience：營養供應不足削弱陸地生產力和碳匯能力】
Future productivity and carbon storage limited by terrestrial nutrient availability
Letter
①地球系統模型（Earth system models，ESM）中的陸地碳（C）循環主要反映了土壤利用、氣候和二氧化碳對凈初級生產力（net primary productivity，NPP）和異養呼吸（heterotrophic respiration）的影響，這兩者通量的平衡決定了陸地C存儲。模型預測未來氣候變暖將會促進異養呼吸，但模型也同時預測，CO2的施肥效應也將會不成比例地刺激NPP，那麼未來凈生態系統C儲存（即NEP）可能會增加，從而起到碳匯、緩和氣候變暖的作用；
②而另一方面，陸地植物的生長（NPP）還受到氮、磷元素可用性的限制，例如氮被用來合成吸收光線的色素葉綠素，而磷則用來合成蛋白質。在自然界中，植物主要通過微生物固氮過程和大氣氮沉降來獲取氮素，而自然界的磷主要來自物理搬運和風化過程。儘管磷限制（或N / P共同限制）在整個陸地生物圈中廣泛存在並且預計在未來會增加，但P限制對未來氣候C周期反饋的潛在影響在很大程度上是未知的。而且，IPCC第5次耦合模式比較計劃（Coupled Model Intercomparison Project，CMIP5）的15個模型中，只有兩個模型（CESM1-BGC 和NorESM1-M）考慮到氮限制對植物生長造成的影響，而沒有一個模型考慮過磷限制；
③有鑒於此，研究人員採用三管齊下的策略：首先研究人員使用CMIP5預測1886-2100的陸地凈初級生產力和碳儲量；其次，利用植物C分配和化學計量學對NPP進行計算，以得到為滿足最大NPP每年植物需要新獲取的N和P的輸入量；最後，評估每年（1850-2100年）從沉積、固氮和風化等過程中釋放出的N、P營養元素的量，以判斷自然界的N、P供應能否支持模型所需要的量；
④研究發現，模型模擬的NPP增長所需的營養量大大超過了自然界的營養供應率，這表明模型預測的過高的生產力的增長可能不切實際。如果考慮到氮和氮-磷限制，模型預測的凈初級生產力將要分別降低19％和25％，而且陸地生態系統有可能在2100年之前變為C源，從而加速氣候變暖。但是也要注意到，自然界中還有其它N/P來源。例如，土壤中的細菌在分解死亡的植物後會釋放出氮和磷，因此這些微生物能夠增加可以獲得的氮和磷的總量；
⑤總之，研究表明，第一，CMIP5模型高估了陸地生態系統吸收大氣CO2的能力；第二，養分限制對於預測氣候-C反饋至關重要，N和P的新投入可能不足以滿足預計的生產力增長所產生的養分需求。如果養分限制了陸地生物圈提供這種關鍵生態系統服務（碳匯）的能力，那麼為了滿足CO2減排目標並避免RCP 8.5情景的發生，人類活動的可允排放將不得不進一步減少。
一作&通訊：William R.Wieder【National Center for Atmospheric Research（美國國家大氣研究中心）】，2015-4-20
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