在全球氣候變化研究領(lǐng)域

一個長期困擾學(xué)界的全球性難題

等待解答——

“干旱的強度與持續(xù)時間將如何共同作用，

決定全球脆弱生態(tài)系統(tǒng)的命運？”

這一問題

是預(yù)測氣候變化生態(tài)影響的核心關(guān)鍵

也是全球生態(tài)學(xué)者致力攻克的前沿焦點

現(xiàn)在，這個難題迎來了

來自中國科學(xué)家的突破性解答

北京林業(yè)大學(xué)建校73周年校慶日之際，10月16日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Science》在線發(fā)表了北京林業(yè)大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院庾強教授團隊的最新成果“Drought intensity and duration interact to magnify losses in primary productivity”，首次揭示干旱強度與持續(xù)時間共同作用加劇了全球草原和灌叢生產(chǎn)力的損失，為預(yù)測未來氣候變化背景下陸地生態(tài)系統(tǒng)對干旱的響應(yīng)提供了重要科學(xué)依據(jù)，并為應(yīng)對氣候變化和開展草原生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性管理提供了理論支撐。

氣候變化背景下，干旱事件的持續(xù)時間和強度不斷增加，其對陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的影響備受關(guān)注。部分生態(tài)系統(tǒng)在經(jīng)歷多年干旱后會表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性，使得生產(chǎn)力下降趨于穩(wěn)定或減緩。然而，這種適應(yīng)性是否會在更強烈的干旱中失效，以及干旱持續(xù)時間與強度在全球尺度上的交互作用如何，尚缺乏系統(tǒng)認識。該研究依托國際干旱聯(lián)網(wǎng)實驗，在74個草原和灌叢生態(tài)系統(tǒng)中量化了干旱強度和持續(xù)時間對植物地上生產(chǎn)力的綜合影響。結(jié)果表明，生態(tài)系統(tǒng)在多年干旱中總體上表現(xiàn)出適應(yīng)效應(yīng)，但在極端干旱條件下則表現(xiàn)為累積效應(yīng)。

全球74個實驗站點分布圖

干旱持續(xù)時間對中等和極端干旱強度下生產(chǎn)力響應(yīng)的影響

與第一年相比，連續(xù)四年的極端干旱使生產(chǎn)力損失增加約2.5倍。這一發(fā)現(xiàn)預(yù)示，如果未來氣候變化導(dǎo)致干旱的持續(xù)時間和強度同時增加，生態(tài)系統(tǒng)可能發(fā)生從維持較低但穩(wěn)定的生產(chǎn)力，轉(zhuǎn)向生產(chǎn)力急劇下降的根本性轉(zhuǎn)變。

該研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFE0128000, 2022YFF1300603）、國家自然科學(xué)基金（32171592, 32061123005）等項目的資助，并且得到內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站、科爾沁草原生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站、錫林郭勒草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站、烏拉特荒漠草原研究站、西藏那曲高寒草地生態(tài)系統(tǒng)野外科學(xué)觀測研究站、四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站、寧夏農(nóng)牧交錯帶溫性草原生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站、山西右玉黃土高原草地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站和青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站的大力支持。

全球28個國家126家單位的177位科研人員參與了這項研究，科羅拉多州立大學(xué)Timothy Ohlert博士和Melinda Smith教授為論文共同第一作者，庾強教授與Timothy Ohlert博士和Melinda Smith教授為共同通訊作者。

呼倫貝爾實驗站樣地全貌

科研成果登上頂刊

彰顯北林大深厚的學(xué)術(shù)底蘊

一起走近庾強教授團隊的研究

看看重磅學(xué)術(shù)成果背后的故事

No.1

全力攻堅：實現(xiàn)“從0到1”重大突破

在開展這項全球性研究的過程中，庾強教授團隊面臨了干旱生態(tài)學(xué)領(lǐng)域長期存在的兩大科學(xué)與技術(shù)瓶頸。

難題一：如何在全球不同氣候區(qū)實現(xiàn)干旱實驗的可比性

評估干旱對生態(tài)系統(tǒng)的影響通常依賴于在特定生態(tài)系統(tǒng)中進行的干旱實驗。然而，這些單點實驗在實驗處理、指標體系和測定方法缺乏統(tǒng)一性，導(dǎo)致結(jié)果之間可比性較差，難以在大尺度上進行數(shù)據(jù)整合，限制了區(qū)域乃至全球尺度干旱效應(yīng)的準確評估。為此，團隊聯(lián)合全球百余家科研機構(gòu)，發(fā)起了全球干旱網(wǎng)絡(luò)（Drought Net），在全球136個實驗點建立了干旱實驗。

聯(lián)網(wǎng)實驗采用統(tǒng)一處理、指標體系和測定方法，有效解決了單點實驗缺少可比性的問題，為準確評估區(qū)域乃至全球尺度的氣候變化和人類的影響提供了可靠的研究框架，已成為未來生態(tài)學(xué)發(fā)展的重要方向。

全球干旱網(wǎng)絡(luò)（Drought Net）實驗站點分布圖

難題二：如何定義并量化“極端干旱”的科學(xué)標準

在全球尺度上，干旱的極端程度難以統(tǒng)一界定。不同地區(qū)氣候波動幅度和降水變率的差異，使得傳統(tǒng)相對指標無法比較。團隊提出了以長期氣候記錄為基礎(chǔ)的“百年一遇干旱”（1-in-100-year drought）判定標準，將極端干旱定義為降水量低于當(dāng)?shù)貧v史平均值且達到百年重現(xiàn)期水平的情形。通過這一標準，團隊構(gòu)建了全球通用的干旱強度分級體系，并引入連續(xù)變量——干旱嚴重度（drought severity）指標，實現(xiàn)了定量化、可比化和生態(tài)學(xué)意義統(tǒng)一的干旱分類框架。這一方法學(xué)標準，使得實驗結(jié)果不僅可跨區(qū)域比較，還可與氣候模型和長期監(jiān)測數(shù)據(jù)對接，為預(yù)測未來極端事件的生態(tài)影響提供了基礎(chǔ)參數(shù)。

No.2

十年堅持：北林學(xué)者破解全球性難題

庾強教授團隊在2013年就洞察到聯(lián)網(wǎng)實驗是生態(tài)學(xué)研究的未來發(fā)展方向。

十余年來，庾強教授牽頭與國內(nèi)11家單位、15位教授合作建立了中國全球變化聯(lián)網(wǎng)實驗，并與全球300多位科學(xué)家合作發(fā)起了Drought Net、Nutrient Network、NPKD等一些列全球性的聯(lián)網(wǎng)實驗。

今年庾強教授團隊在Nature、Science、Nature Ecology & Evolution和Global Change Biology上發(fā)表了一系列突破性成果，系統(tǒng)揭示了干旱對草原生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響及其作用機制，逐步主導(dǎo)了國際聯(lián)網(wǎng)實驗研究。

全球干旱網(wǎng)絡(luò)專家野外考察

此次《Science》重大科研成果的取得，既是北林學(xué)者卓越科研能力的體現(xiàn)，也是北京林業(yè)大學(xué)長期以來堅持人才強校戰(zhàn)略、高度重視高層次人才引進與培育的結(jié)果。近年來，我校通過構(gòu)建優(yōu)越的科研軟硬件環(huán)境、提供穩(wěn)定的政策與資源支持、搭建高水平的科研平臺，持續(xù)深化創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，為一流學(xué)者及其團隊提供了施展才華的沃土。這一標志性成果的誕生，充分彰顯了學(xué)校在匯聚國際前沿人才、激發(fā)科技創(chuàng)新活力、服務(wù)國家生態(tài)戰(zhàn)略方面的顯著成效，是學(xué)校科研體制機制改革與人才隊伍建設(shè)工作取得實質(zhì)性飛躍的有力證明。

呼倫貝爾實驗站樣地內(nèi)學(xué)生測量土壤含水量

呼倫貝爾實驗站樣地內(nèi)學(xué)生設(shè)置固定樣方標記

No.3

未來研究：為全球生態(tài)決策提供科學(xué)依據(jù)

這項發(fā)表于《Science》的成果標志著中國科研團隊在全球氣候變化生態(tài)學(xué)研究中的重要突破，不僅解決了長期困擾學(xué)界的全球性難題——“干旱強度與持續(xù)時間如何共同決定生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力損失”，也在國際合作與科學(xué)范式上樹立了典范。它讓世界更清晰地認識到：干旱不僅是氣候事件，更是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和人類可持續(xù)發(fā)展的臨界挑戰(zhàn)。

右玉實驗站樣地全貌

美國Central Plains Experimental Range干旱實驗樣地

《Science》三位審稿人一致給予該研究高度評價，認為該研究為未來所有干旱嚴重度與持續(xù)時間研究提供了基準“Quantifying these relationships through a distributed global experiment provides a benchmark for all future studies of drought severity and duration”。

目前，庾強教授團隊正在就草原生態(tài)系統(tǒng)在干旱后的恢復(fù)力與韌性開展研究。未來，團隊計劃將研究進一步延伸至多因子（降水變化×營養(yǎng)添加）交互效應(yīng)，并與地球系統(tǒng)模型對接，構(gòu)建基于實證的生態(tài)響應(yīng)和恢復(fù)預(yù)測框架。這些工作將為氣候變化背景下干旱半干旱生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性管理、碳匯評估及政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

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北京林業(yè)大學(xué)

出品｜北京林業(yè)大學(xué)黨委宣傳部

來源｜科技處、草業(yè)與草原學(xué)院、宣傳部

作者｜郝真、晏穎杰

審稿｜董世魁

排版｜錢惠昀 校對｜董怡寧

編輯｜張薇

責(zé)編｜歐陽汀

審核｜劉廣超

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