植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在全球變化碳循環(huán)中扮演著重要角色。植被物候作為氣候變化最直接、敏感的指示器，是監(jiān)測區(qū)域乃至全球尺度植被生態(tài)系統(tǒng)變化的關(guān)鍵。聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）是一項關(guān)于人類、地球和繁榮的全球議程，旨在引領(lǐng)世界走上可持續(xù)和有韌性的發(fā)展道路。吳朝陽、葛全勝研究團隊圍繞植被物候和SDGs開展了一系列研究工作，取得了多項重要研究成果：

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1、揭示了生物多樣性對植被春季物候的調(diào)控機制

植被春季物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)通常是通過測量其溫度敏感性（S_T，溫度每升高1度，植被提前展葉的天數(shù)）來量化。S_T是植被在當(dāng)?shù)貧v史氣候環(huán)境的選擇壓力下演化形成的最優(yōu)策略，其變化反映了植被為優(yōu)化生命周期而對氣候變化做出的適應(yīng)性調(diào)整。了解ST的時空變化及其驅(qū)動因素對于更好地理解植被物候?qū)夂蜃兓姆答佒陵P(guān)重要。然而，以往的研究主要集中在ST的氣候驅(qū)動因素上，對生物多樣性如何影響植被的物候響應(yīng)及其潛在機制的理解仍然有限。生物多樣性在調(diào)節(jié)植被生長和發(fā)育過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)氣候變化、保持穩(wěn)定的重要因素。

我們基于北半球393,139個森林清查樣地和衛(wèi)星觀測的S_T，研究了生物多樣性對植被物候響應(yīng)氣候變化的緩沖效應(yīng)及機制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)生物多樣性在很大程度上影響了S_T的空間變異，其影響力甚至超過了氣候因素。在生物多樣性較高的林分中，S_T較低，可能歸因于物種異步性以及其對氣候變化響應(yīng)的多樣性，符合保險假說。同時，生物多樣性驅(qū)動的植被根系變化和土壤理化性質(zhì)的改善也是潛在的原因。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的一些地球系統(tǒng)模型無法捕捉到ST與生物多樣性之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步凸顯了在預(yù)測氣候變化對物候和生態(tài)系統(tǒng)的影響時，納入生物多樣性緩沖效應(yīng)的必要性。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Climate Change。

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2、發(fā)現(xiàn)了溫度對地表凍融循環(huán)控制作用減弱導(dǎo)致了青藏高原植被綠化

青藏高原作為地球“第三級”和氣候變化的敏感區(qū)域，對于區(qū)域乃至全球的水文和生態(tài)過程有重要影響。目前，有大量研究關(guān)注氣候變暖對青藏高原地表凍融循環(huán)的影響，但這種影響隨時間的變化尚不明確。

利用長時間序列的遙感數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)在1980-2018期間，溫度對青藏高原地表融化開始日期（the start of thawing，SOT）的影響有顯著減弱的趨勢。這種溫度控制作用減弱的趨勢歸因于一些氣候變量，其中輻射是最重要的調(diào)控因子。進(jìn)一步探究這種趨勢帶來的生態(tài)水文影響，我們發(fā)現(xiàn)溫度對SOT影響的減弱會導(dǎo)致根區(qū)水分的增加，并進(jìn)一步導(dǎo)致青藏高原變綠。然而，目前的地球系統(tǒng)模型無法準(zhǔn)確模擬出地表凍融循環(huán)控制減弱與生產(chǎn)力的關(guān)系。我們的發(fā)現(xiàn)強調(diào)了氣候變暖對春季地表凍融循環(huán)影響的動態(tài)變化，以及這些變化在未來氣候情景下產(chǎn)生的重要生態(tài)影響。相關(guān)研究成果發(fā)表在PNAS。

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3、探討了中國SDGs的權(quán)衡和協(xié)同效應(yīng)

目前，影響可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）實施進(jìn)展的重要因素是各國易選擇性地落實部分目標(biāo)，但會忽略各目標(biāo)之間的相互作用。SDGs進(jìn)展評估面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題是各目標(biāo)之間存在的協(xié)同和權(quán)衡關(guān)系不明確，造成無法揭示不同可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之間存在的復(fù)雜互饋機制。

我們綜合利用社會、經(jīng)濟、環(huán)境等相關(guān)地球大數(shù)據(jù)，構(gòu)建了2000-2020年由102個指標(biāo)組成的統(tǒng)一化SDGs指標(biāo)數(shù)據(jù)集，建立了中國國家和省級層面的SDGs協(xié)同與權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)，揭示了17個可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)在國家、省和地區(qū)層面共同但有區(qū)別的優(yōu)先度。研究結(jié)果顯示，中國19個省份在SDG 13（氣候行動）、SDG 5（性別平等）方面的權(quán)衡與全國水平一致，其他12個省份差異較大。24個省份在SDG 1（無貧窮）、SDG 6（清潔飲水和衛(wèi)生設(shè)施）方面表現(xiàn)出與國家水平一致的最高協(xié)同效應(yīng)，其余7個省份各不相同。研究提出，省級SDGs決策應(yīng)制定更有針對性的政策，與國家優(yōu)先事項保持一致。地方層面利用協(xié)同效應(yīng)和處理權(quán)衡采取具體行動，可有效加速可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)實現(xiàn)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications。

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以上研究工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項目的支持。

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論文信息：

Shen,P.^?,Wang,X.^?,Zohner,C. M.,Pe?uelas,J.,Zhou,Y.,Tang,Z.,Xia,J.,Zheng,H.,Fu,Y.,Liang,J.,Sun,W.*,Zhang,Y.*,Wu,C* (2024). Biodiversity buffers the response of spring leaf unfolding to climate warming. Nature Climate Change. https://doi.org/10.1038/s41558-024-02035-w

Li,J.,Wu,C.*,Zhang Y.,Pe?uelas,J.,Liu,L.,Ge,Q.* (2024). Weakening warming on spring freeze-thaw cycle caused greening Earth’s third pole. PNAS,121(8),e2319581121. https://doi.org/10.1073/pnas.2319581121

Xing,Q.,Wu,C.*,Chen,F.*,Liu,J,Pradhan,P.,Bryan,B.A.,Schaubroeck,T.,Carrasco,L.R.,Gonsamo,A.,Li,Y.,Chen,X.,Deng,X.,Albanese,A.,Li,Y.,Xu,Z. (2024). Intranational synergies and trade-offs reveal common and differentiated priorities of sustainable development goals in China. Nature Communications,15,2251. https://doi.org/10.1038/s41467-024-46491-6

圖?1 ?生物多樣性與S_T之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系及其機制

圖?2?青藏高原地表解凍日期對溫度敏感性的變化及其對植被綠度的影響

圖?3? 國家及區(qū)域尺度SDGs協(xié)同和權(quán)衡關(guān)系