Mapping the global distribution of C4 vegetation using observations and optimality theory
Mapping the global distribution of C4 vegetation using observations and optimality theory
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使用观测和最优理论绘制 C4 植被的全球分布图
DOI：
10.1038/s41467-024-45606-3
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发表时间：
2024
影响因子：
16.6
通讯作者：
Still, Christopher J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Luo, Xiangzhong;Zhou, Haoran;Satriawan, Tin W.;Tian, Jiaqi;Zhao, Ruiying;Keenan, Trevor F.;Griffith, Daniel M.;Sitch, Stephen;Smith, Nicholas G.;Still, Christopher J.
具有C4光合作用途径的植物由于其独特的解剖和生化特征，对气候变化的反应通常与更常见的C3型植物不同。这些不同的响应有望推动全球C4和C3植被分布的变化。然而，目前的C4植被分布模型可能无法预测这种响应，因为它们没有捕捉到多种相互作用的因素，而且往往缺乏观测约束。在这里，我们使用植物光合作用途径的全球观测、卫星遥感和光合作用最优化理论来生成观测受限的C4植被全球地图。我们发现，从2001年到2019年，全球C4植被覆盖率从占陆地表面的17.7%下降到17.1%。这是C4天然草地盖度减少的净结果，这是由于有利于C3型光合作用的CO2增加，以及主要来自玉米(玉米)扩张的C4作物盖度增加的结果。使用紧急约束方法，我们估计C4植被对全球光合作用碳同化的贡献率为19.5%，这一值在先前估计的范围内(18-23%)，但高于全球动态植被模型的总体平均值(14 ± 13%；平均 ± 1标准差)。我们的研究揭示了C4植物在当代全球碳循环中的关键和被低估的作用。
Plants with the C4photosynthesis pathway typically respond to climate change differently from more common C3-type plants, due to their distinct anatomical and biochemical characteristics. These different responses are expected to drive changes in global C4and C3vegetation distributions. However, current C4vegetation distribution models may not predict this response as they do not capture multiple interacting factors and often lack observational constraints. Here, we used global observations of plant photosynthetic pathways, satellite remote sensing, and photosynthetic optimality theory to produce an observation-constrained global map of C4vegetation. We find that global C4vegetation coverage decreased from 17.7% to 17.1% of the land surface during 2001 to 2019. This was the net result of a reduction in C4natural grass cover due to elevated CO2favoring C3-type photosynthesis, and an increase in C4crop cover, mainly from corn (maize) expansion. Using an emergent constraint approach, we estimated that C4vegetation contributed 19.5% of global photosynthetic carbon assimilation, a value within the range of previous estimates (18–23%) but higher than the ensemble mean of dynamic global vegetation models (14 ± 13%; mean ± one standard deviation). Our study sheds insight on the critical and underappreciated role of C4plants in the contemporary global carbon cycle.
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