近日，我院学者参与的一项国际合作研究《The three major axes of terrestrial ecosystem function》“陆地生态系统功能的三个轴线”发表在Nature《自然》杂志正刊，该项研究揭示了陆地生态系统功能的时空变化主要由三个因素共同主导。这三个因素解释了陆地生态系统功能71.8%的可变性，分别是：

1．生态系统最大生产力：反映了生态系统将大气中CO₂通过光和作用固定的最大速率，主要由植被结构参数控制；

2．生态系统用水策略：反映了生态系统的水分利用效率，主要由植被高度和气候要素决定；

3．生态系统碳利用效率：反映了生态系统将固定的CO₂转化为生物量的效率，主要由植被结构参数控制。

地球陆地生态系统支持着对人类社会至关重要的多种功能和服务，如生物质生产、植被对阳光和水的利用效率、保水和气候调节，以及粮食安全。气候和环境变化以及人类活动的影响正不断威胁着生态系统对这些功能的可持续提供能力。为了了解陆地生态系统将如何应对这一威胁，最关键的是要明确哪些功能对获得生态系统的整体福祉和功能最为重要。要回答这一基本的科学问题并非易事，因为生态系统是复杂动态系统，其组成和结构以及其作为一个整体对环境变化的响应方式相当复杂。

为了回答以上问题，科学家们利用来自全球生态系统网络的数据，结合卫星遥感观测、数学模型以及统计方法。其结果是惊人的简单："我们能够确定对生态系统功能的时空变化进行解释的三个关键指标：生态系统最大固碳能力、使用水的效率和使用碳的效率。最大固碳能力指标反映了生态系统吸收二氧化碳的能力。水分利用效率指标表示生态系统每使用一定量的水所能够固定的二氧化碳量。碳利用效率指标反映了一个生长季内生态系统呼吸所释放的碳与通过光和作用所固定的碳之间的比例。以上这些结果表明，复杂的生态系统功能的变化最终是由几个主要关键轴所主导驱动的，亦即“生态系统功能关键轴”。生态系统功能关键轴的概念可以用作开发陆表模型的基础，并有可能显著提高模型对未来气候变化背景下的陆地碳和水循环的可预测性，以应对未来不断变化的气候和环境条件。

（a,由PCA得出的双标图。不同颜色的点代表不同的植物功能类型（PFTs）。b,每个主成分的方差解释百分比。c, d,每个生态系统功能属性（EFP）对每个主成分的贡献contribution（c）和负荷loading（d）的柱状图。橙色条代表负荷和贡献是通过显著性检验的。）

本研究分析了五个气候变量（Tair、VPD、CSWI、P和SWin）和四个植被结构特征（LAImax、AGB、Hc和N%）对随机森林主成分可预测性的预测相对重要性。研究发现最大生产力轴（PC1）主要由植被结构（LAImax、AGB、Hc和N%）和VPD解释。用水策略轴(PC2)主要由最大冠层高度(Hc），其次是气候变量解释。结构变量和气候变量共同解释了碳利用效率轴(PC3)的可变性。PC3最重要的结构预测因子是AGB和N%，而VPD、Tair和SWin是最重要的气候驱动因素。

该国际合作研究由德国马克斯-普朗克学会生物地球化学研究所领导，参与者来自全球众多科研机构，我院马轩龙青年研究员是论文的合作作者，兰州大学vic008维多利亚是论文的合作研究单位。论文全文获取网址：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03939-9

位于意大利Torgnon的实验地点，坐落于阿尔卑斯山海拔约2100米的草地，属于欧洲综合碳观测系统（ICOS）和全球FLUXNET通量观测网络。来自于不同观测网络的通量数据使得该项重要科学发现成为可能(© Marta Galvagno, ARPA Valle d'Aosta, Italy)。