干旱生态系统覆盖了地球表面的 40%，养活了超过 20 亿人口。根据《自然气候变化》发表的一项新研究，它们正变得越来越不稳定。
跨越四十年的卫星记录显示，大气中二氧化碳含量的上升刺激了潮湿年份旱地植被的生长，随着时间的推移，形成了持续的“绿化”趋势。但亚利桑那大学的研究人员发现，这种趋势掩盖了逐年发生的巨大变化，导致生态系统在干旱年份特别脆弱。这种不稳定性给旱地农业带来了不可预测性，并表明主要的全球植被模型高估了旱地的恢复力。
由自然资源与环境学院博士生张文领导的研究小组分析了40年的卫星数据，追踪植物叶面积指数的变化，这是与植物活动和生产力密切相关的指标。他们利用结果来评估一组最佳全球植被模型的性能。该研究的一个重要发现是，世界上近 80% 的旱地正处于脆弱状态。
“随着时间的推移，上下极端的距离越来越远，”张说。 “在潮湿的年份，植物活动增加，但干旱的年份对植物的打击更大。这有点像关于胖女孩的童谣：好的时候，它很棒，但坏的时候，它很糟糕。”
他说，这种繁荣与萧条的动态可能是大气中二氧化碳增加和降水变化相结合的结果，但需要更多信息来确定导致不稳定的确切机制。
“有一些证据表明，在大气二氧化碳含量较高的条件下，植物可以更有效地利用水，从而使它们能够长出更多的叶子，”他说。 “但是较大的植物需要更多的资源来维持，因此当明年发生中度干旱时，这些较大的植物结构需要比它们拥有的更多的资源，这使它们非常脆弱和脆弱。”
农业和雨养生态的影响
在美国西南部等半干旱农业地区，每年较高的变化可能导致更多地依赖人工灌溉来维持产量。这也意味着牧场草料生产将更加难以预测，影响牲畜生产和牧场管理。
该研究的资深作者、自然资源与环境学院专门从事土地、水和气候变化分析的副教授比尔史密斯说：“饲料生产的高度可变性给牧场管理者带来了重大挑战。” “牧场主依赖稳定的饲料生产，这样他们就可以准确地计划每个耕作季节的土地需求。因此，饲料产量下降可能会扰乱他们的计划，从而对生计产生潜在的不利后果。”
该研究的合著者、自然资源与环境及流域管理和生态水文学学院教授戴维·摩尔表示，植物生产力的变化也可能是重大环境变化的预警信号。
“如果你观察许多不同的生态系统，在发生重大变化之前，它们的生产力往往会下降。这是它们面临压力并失去弹性的迹象。旱地很可能会发生这种情况。”
模型中的盲点
研究人员很难预测这种“闪烁”效应的最终结果，部分原因是现有的地球系统模型无法捕捉到它。该研究评估了 13 个主要的全球植被模型，发现没有一个模型显示出观察到的逐年变化的增加。
“这些模型假设旱地仍然稳定，植被以可预测的方式对大气二氧化碳和降水的变化做出反应，”张说。 “他们无法解释植物的反应如何随着时间的推移而发生巨大变化。”
模型的这种局限性对于预测气候变化对世界各地生态系统影响的能力具有重大影响。
史密斯说：“如果地球系统模型不能准确地反映旱地植被对气候变化的敏感性，那么在预测未来 50 年时，所有的赌注都会落空。” “我们希望这篇论文能够激发新的研究，旨在更好地理解和表征地球系统中的旱地。”
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