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集合预测阐明了陆地氮限制不确定性对未来碳吸收的影响。

Ensemble projections elucidate effects of uncertainty in terrestrial nitrogen limitation on future carbon uptake.

机构信息

Biogeochemical Integration Department, Max Planck Institute for Biogeochemistry, Jena, Germany.

International Max-Planck Research School Global Biogeochemical Cycles, Jena, Germany.

出版信息

Glob Chang Biol. 2020 Jul;26(7):3978-3996. doi: 10.1111/gcb.15114. Epub 2020 May 18.

DOI:10.1111/gcb.15114
PMID:32285534
Abstract

The magnitude of the nitrogen (N) limitation of terrestrial carbon (C) storage over the 21st century is highly uncertain because of the complex interactions between the terrestrial C and N cycles. We use an ensemble approach to quantify and attribute process-level uncertainty in C-cycle projections by analysing a 30-member ensemble representing published alternative representations of key N cycle processes (stoichiometry, biological nitrogen fixation (BNF) and ecosystem N losses) within the framework of one terrestrial biosphere model. Despite large differences in the simulated present-day N cycle, primarily affecting simulated productivity north of 40°N, ensemble members generally conform with global C-cycle benchmarks for present-day conditions. Ensemble projections for two representative concentration pathways (RCP 2.6 and RCP 8.5) show that the increase in land C storage due to CO fertilization is reduced by 24 ± 15% due to N constraints, whereas terrestrial C losses associated with climate change are attenuated by 19 ± 20%. As a result, N cycling reduces projected land C uptake for the years 2006-2099 by 19% (37% decrease to 3% increase) for RCP 2.6, and by 21% (40% decrease to 9% increase) for RCP 8.5. Most of the ensemble spread results from uncertainty in temperate and boreal forests, and is dominated by uncertainty in BNF (10% decrease to 50% increase for RCP 2.6, 5% decrease to 100% increase for RCP 8.5). However, choices about the flexibility of ecosystem C:N ratios and processes controlling ecosystem N losses regionally also play important roles. The findings of this study demonstrate clearly the need for an ensemble approach to quantify likely future terrestrial C-N cycle trajectories. Present-day C-cycle observations only weakly constrain the future ensemble spread, highlighting the need for better observational constraints on large-scale N cycling, and N cycle process responses to global change.

摘要

在 21 世纪,陆地碳(C)储存的氮(N)限制程度非常不确定,因为陆地 C 和 N 循环之间存在复杂的相互作用。我们使用集合方法来量化和归因于 C 循环预测中的过程级不确定性,方法是分析一个由 30 个成员组成的集合,该集合代表了在一个陆地生物圈模型框架内发表的关键 N 循环过程(化学计量、生物固氮(BNF)和生态系统 N 损失)的替代表示。尽管在模拟的当前 N 循环中存在很大差异,主要影响北纬 40°以北的模拟生产力,但集合成员通常符合当前条件的全球 C 循环基准。对于两个代表性浓度途径(RCP 2.6 和 RCP 8.5)的集合预测表明,由于 N 限制,由于 CO 施肥导致的陆地 C 储存增加减少了 24±15%,而与气候变化相关的陆地 C 损失则减少了 19±20%。因此,由于 N 循环,在 2006 年至 2099 年期间,陆地 C 吸收量的预测减少了 19%(从减少 37%到增加 3%),对于 RCP 2.6 减少了 21%(从减少 40%到增加 9%)。集合的大部分差异源于温带和北方森林的不确定性,并且主要由 BNF 的不确定性(对于 RCP 2.6,减少 10%至增加 50%,对于 RCP 8.5,减少 5%至增加 100%)决定。然而,关于生态系统 C:N 比的灵活性以及控制生态系统 N 损失的区域过程的选择也起着重要作用。本研究的结果清楚地表明,需要采用集合方法来量化未来陆地 C-N 循环轨迹的可能性。当前的 C 循环观测仅对未来集合的差异产生微弱的约束,这突出了对大规模 N 循环以及 N 循环过程对全球变化的响应进行更好的观测约束的必要性。

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