通过吸收人为排放CO₂，陆地生态系统是缓解全球变暖的重要“缓冲器”。过去几十年中，全球陆地碳汇总量总体增强，这一现象通常被归因于CO₂施肥效应，即大气 CO₂浓度升高促进植物光合作用。然而，碳汇总量增强并不意味着陆地生态系统吸收新增CO₂的“效率”也在持续提高。随着CO₂浓度不断升高，单位CO₂增量所带来的边际碳吸收是否仍然稳定，是评估未来陆地碳汇可持续性和地球系统碳循环反馈强度的关键科学问题。
已有研究多关注总初级生产力（GPP）或卫星时代以来的线性变化，难以回答净陆地碳汇本身是否存在更长时间尺度上的非线性变化。与GPP不同，净生物群系生产力（NBP）反映的是陆地生态系统碳输入与碳损失之间的净平衡，不仅受植物光合作用影响，还受到植物呼吸、土壤异养呼吸、气候变率/变化和土地利用变化等过程共同调制。因此，直接从总碳汇变化中识别CO₂驱动的内在响应，面临气候变率和土地利用变化的显著干扰。
中国科学院大气物理研究所东亚中心研究团队，基于TRENDY v12项目的20个动态全球植被模型集合，将NBP对大气CO₂增加的响应分解为三部分：主要反映升高CO₂主导的内在生物地球化学敏感性（βCO₂）、气候变率/变化调制项（βCLIM）和土地利用变化调制项（βLUC），系统诊断了1959–2022年全球陆地碳汇效率的长期演变特征。研究表明，升高的CO₂在1950–2022年持续驱动全球陆地碳汇增强，CO₂驱动的 NBP呈显著增加趋势，达到0.051 ± 0.013 PgC yr⁻²。但与碳汇总量持续增强不同，陆地碳汇的内在CO₂敏感性并非持续提高，而是在1980年前后出现了清晰的年代际转折。1959–1980年，βCO₂呈显著增加趋势，表明陆地生态系统对CO₂增加的内在响应效率在这一阶段持续增强；1980年以后，这一趋势转为显著下降，意味着单位CO₂增量所带来的边际陆地碳吸收能力开始减弱。该转折在模型集合中高度稳健，20个模型均模拟出由正趋势向负趋势的转变，转折年份主要集中在1979–1985年。
进一步分析表明，该转折并不是由单一碳通量过程直接决定的，而是净碳收支系统层面的涌现特征。NBP和净生态系统生产力（NEP）的CO₂敏感性均表现出由增强趋势到减弱趋势的显著转变，而GPP、净初级生产力（NPP）、自养呼吸和异养呼吸等并未表现出类似的转折。机制上，该转折来源于碳输入过程与碳损失过程对CO₂响应的长期解耦：1980年前，异养呼吸敏感性下降快于NPP，使净碳汇敏感性相对增强；1980年后，NPP敏感性下降加快并超过异养呼吸变化，导致净碳汇对CO₂的内在响应由增强转为减弱。
值得注意的是，这一内在转折并不会直接显现在现实情景下的综合碳汇响应中。研究显示，气候变率/变化和土地利用变化主导了现实情景下综合碳汇响应的短期波动，其中气候变率/变化调制项的时间方差超过内在CO₂敏感性的30倍，使得陆地碳汇效率的低频转折信号被掩盖。因此，若仅依据碳汇总量或现实情景下的综合碳汇响应评估陆地碳汇变化，可能低估陆地生态系统内在吸碳效率下降的风险。
该研究表明，全球陆地碳汇虽然在总量上仍可能维持增强，但其内在效率已经出现减弱迹象，即单位CO₂增加对应的边际陆地碳吸收能力正在下降。这一发现表明，未来陆地碳汇的持续性可能比单纯依据碳汇总量所估计的更为脆弱。研究结果也强调，在地球系统模式中需要进一步改进养分循环、土壤碳周转和森林结构动态等关键过程的表达，并结合长期生态监测、通量观测网络和遥感产品，对陆地碳汇的内在敏感性和实际响应进行共同约束。
该研究成果近期发表于《Environmental Research Letters》上，论文第一作者为中国科学院大气物理研究所杨庆，合作者包括马柱国、丹利、李明星、郑子彦和杨富强。该研究得到国家重点研发计划项目（2023YFF0805501）、国家自然科学基金项目（42130613、42375176）、中国科学院国际伙伴计划（060GJHZ2022057MI）等项目的资助。
文章信息:
Yang, Q., Z. Ma, L. Dan, M. Li, Z. Zheng, and F. Yang, 2026: A decadal turning point in the CO₂ sensitivity of the land carbon sink. Environmental Research Letters, 21, 064030. DOI: 10.1088/1748-9326/ae51ac.
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图1. 1950—2022年全球NBP异常及其CO₂敏感性分解。图中分别展示CO₂、气候变率/变化和土地利用变化对全球陆地碳汇的贡献，以及NBP内在CO₂敏感性（βCO₂）、气候调制项（βCLIM）、土地利用调制项（βLUC）以及现实情景下综合碳汇响应（βTotal）的时间演变。
图2. 20个动态全球植被模型中主要碳通量CO₂敏感性的趋势。图中比较了1959–1980年、1981–2022年和1959–2022年三个时段内NBP、NEP、GPP、NPP、自养呼吸和异养呼吸对CO₂、气候变率、土地利用变化及总效应的敏感性趋势，揭示NBP和NEP的内在CO₂敏感性在1980年前后发生由增强到减弱的稳健转折。
