Forest productivity recovery or collapse? Model‐data integration insights on drought‐induced tipping points
Forest productivity recovery or collapse? Model‐data integration insights on drought‐induced tipping points
复制标题
森林生产力恢复还是崩溃？
DOI：
10.1111/gcb.16867
复制
发表时间：
2023
影响因子：
11.6
通讯作者：
Magney, T. S.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Au, J.;Bloom, A. A.;Parazoo, N. C.;Deans, R. M.;Wong, C. Y.;Houlton, B. Z.;Magney, T. S.
更加频繁和严重的干旱正在导致全球森林死亡率增加。我们迫切需要描述和预测干旱如何影响森林碳循环，并确定引发生态系统崩溃的环境压力阈值。在生态系统层面量化干旱的影响是复杂的，因为动态的气候与植物关系可能导致碳平衡的快速和/或长期变化。我们采用碳数据模型框架 (CARDAMOM) 来研究干旱对森林碳库和通量的遗留影响。我们的贝叶斯模型数据融合方法使用塔观测到的气象强迫和碳通量来确定与 2012-2015 年加州干旱相关的地上和地下生态过程的响应和敏感性。我们的研究区域是南部山脉的中山混交针叶林。 CARDAMOM 受 2011-2017 年总初级生产力 (GPP) 估计的约束，显示 GPP 下降了约 75%，而仅受 2011 年约束时 GPP 变化可以忽略不计。 2012-2015 年的降水量比历史平均水平低 45%（474mm），导致土壤水分和碳库（叶面、不稳定、根部和枯枝落叶）的连锁损耗。在压力特别大的一年（2014年，年降雨量 = 293 毫米）增加了157毫米，导致水和碳库的消耗较小，使生态系统从GPP临界点崩溃状态转向恢复。我们提出了新的过程驱动的见解，证明了 GPP 崩溃对生态系统叶面碳和土壤湿度状态的敏感性，表明 GPP 响应的全面程度需要几年的时间才能出现。因此，土壤湿度和碳库的长期变化可以提供干旱和森林死亡之间的机制联系。我们的研究提供了一个例子，说明关键降水阈值范围如何影响森林生产力，使其有助于监测和预测森林死亡事件。
More frequent and severe droughts are driving increased forest mortality around the globe. We urgently need to describe and predict how drought affects forest carbon cycling and identify thresholds of environmental stress that trigger ecosystem collapse. Quantifying the effects of drought at an ecosystem level is complex because dynamic climate–plant relationships can cause rapid and/or prolonged shifts in carbon balance. We employ the CARbon DAta MOdel fraMework (CARDAMOM) to investigate legacy effects of drought on forest carbon pools and fluxes. Our Bayesian model‐data fusion approach uses tower observed meteorological forcing and carbon fluxes to determine the response and sensitivity of aboveground and belowground ecological processes associated with the 2012–2015 California drought. Our study area is a mid‐montane mixed conifer forest in the Southern Sierras. CARDAMOM constrained with gross primary productivity (GPP) estimates covering 2011–2017 show a ~75% reduction in GPP, compared to negligible GPP change when constrained with 2011 only. Precipitation across 2012–2015 was 45% (474 mm) lower than the historical average and drove a cascading depletion in soil moisture and carbon pools (foliar, labile, roots, and litter). Adding 157 mm during an especially stressful year (2014, annual rainfall = 293 mm) led to a smaller depletion of water and carbon pools, steering the ecosystem away from a state of GPP tipping‐point collapse to recovery. We present novel process‐driven insights that demonstrate the sensitivity of GPP collapse to ecosystem foliar carbon and soil moisture states—showing that the full extent of GPP response takes several years to arise. Thus, long‐term changes in soil moisture and carbon pools can provide a mechanistic link between drought and forest mortality. Our study provides an example for how key precipitation threshold ranges can influence forest productivity, making them useful for monitoring and predicting forest mortality events.
登录
查看更多内容
影响因子：
16.6
作者：
Hammond WM;Williams AP;Abatzoglou JT;Adams HD;Klein T;López R;Sáenz-Romero C;Hartmann H;Breshears DD;Allen CD
通讯作者：
Allen CD
影响因子：
4.9
作者：
Bloom, A. A.;Williams, M.
通讯作者：
Williams, M.
影响因子：
5.5
作者：
M. V. van Nieuwstadt;D. Sheil
通讯作者：
M. V. van Nieuwstadt;D. Sheil
使用模型数据融合框架解决常绿针叶林春季生产力的温度限制
影响因子：
4.9
作者：
Stettz, Stephanie G.;Parazoo, Nicholas C.;Bloom, A. Anthony;Blanken, Peter D.;Bowling, David R.;Burns, Sean P.;Bacour, Cédric;Maignan, Fabienne;Raczka, Brett;Norton, Alexander J.
通讯作者：
Norton, Alexander J.
南山脉关键区天文台和国王河实验流域：测量、新见解和未来方向的综合
DOI：
--
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
作者：
A. O’Geen;M. Safeeq;J. Wagenbrenner;E. Stacy;P. Hartsough;Scott M. Devine;Z. Tian;R. Ferrell;M. Goulden;J. Hopmans;R. Bales
通讯作者：
R. Bales