#NPP#【Nature Geoscience：营养供应不足削弱陆地生产力和碳汇能力】

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【Nature Geoscience：营养供应不足削弱陆地生产力和碳汇能力】

Future productivity and carbon storage limited by terrestrial nutrient availability?

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Letter

①地球系统模型（Earth system models，ESM）中的陆地碳（C）循环主要反映了土壤利用、气候和二氧化碳对净初级生产力（net primary productivity，NPP）和异养呼吸（heterotrophic respiration）的影响，这两者通量的平衡决定了陆地C存储。模型预测未来气候变暖将会促进异养呼吸，但模型也同时预测，CO2的施肥效应也将会不成比例地刺激NPP，那么未来净生态系统C储存（即NEP）可能会增加，从而起到碳汇、缓和气候变暖的作用；

②而另一方面，陆地植物的生长（NPP）还受到氮、磷元素可用性的限制，例如氮被用来合成吸收光线的色素叶绿素，而磷则用来合成蛋白质。在自然界中，植物主要通过微生物固氮过程和大气氮沉降来获取氮素，而自然界的磷主要来自物理搬运和风化过程。尽管磷限制（或N / P共同限制）在整个陆地生物圈中广泛存在并且预计在未来会增加，但P限制对未来气候C周期反馈的潜在影响在很大程度上是未知的。而且，IPCC第5次耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project，CMIP5）的15个模型中，只有两个模型（CESM1-BGC 和NorESM1-M）考虑到氮限制对植物生长造成的影响，而没有一个模型考虑过磷限制；

③有鉴于此，研究人员采用三管齐下的策略：首先研究人员使用CMIP5预测1886-2100的陆地净初级生产力和碳储量；其次，利用植物C分配和化学计量学对NPP进行计算，以得到为满足最大NPP每年植物需要新获取的N和P的输入量；最后，评估每年（1850-2100年）从沉积、固氮和风化等过程中释放出的N、P营养元素的量，以判断自然界的N、P供应能否支持模型所需要的量；

④研究发现，模型模拟的NPP增长所需的营养量大大超过了自然界的营养供应率，这表明模型预测的过高的生产力的增长可能不切实际。如果考虑到氮和氮-磷限制，模型预测的净初级生产力将要分别降低19％和25％，而且陆地生态系统有可能在2100年之前变为C源，从而加速气候变暖。但是也要注意到，自然界中还有其它N/P来源。例如，土壤中的细菌在分解死亡的植物后会释放出氮和磷，因此这些微生物能够增加可以获得的氮和磷的总量；

⑤总之，研究表明，第一，CMIP5模型高估了陆地生态系统吸收大气CO2的能力；第二，养分限制对于预测气候-C反馈至关重要，N和P的新投入可能不足以满足预计的生产力增长所产生的养分需求。如果养分限制了陆地生物圈提供这种关键生态系统服务（碳汇）的能力，那么为了满足CO2减排目标并避免RCP 8.5情景的发生，人类活动的可允排放将不得不进一步减少。

一作&通讯：William R.Wieder【National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心）】，2015-4-20