植被是调节地表和大气之间水、能量与碳交换的重要组成部分，准确识别全球变化背景下生态系统生产力的驱动机制，对于阐释气候变化与碳循环之间的互馈机制至关重要。北半球巨大的陆地碳汇主要归因于与气候变化相互作用下的总初级生产力（GPP）的升高，然而，气温（T）升高的同时也加剧植被的水分压力，并通过陆-气耦合过程与饱和水汽压差（VPD）和土壤水分（SM）产生强烈的相互抵消或叠加效应，对生态系统生产力产生复杂的交互影响。尽管生态系统生产力与饱和水汽压差和土壤水分相关的证据很多，但解耦过程中温度的潜在影响难以分离或常被忽视，使得准确认知未来生态系统生产力受不同水分主导作用格局的变化存在挑战。
本文基于12种CMIP6全球气候模式数据，通过多源观测数据对比，分析发现未来持续变暖背景下，北半球最大总初级生产力增长速度（ΔGPPmax）将在2038±4.6年（SSP2-4.5情景）和2047±5.0年（SSP5-8.5情景）出现减缓趋势。通过岭回归（排除气温的高度相关性和叠加影响）及百分位数等宽分箱法来定量解耦大气水汽压差和土壤水分对GPPmax的影响。研究发现：约26.14%（SSP2-4.5情景）和34.11%（SSP5-8.5情景）的区域高估了VPD对植被的影响作用。此外，北半球植被总初级生产力对大气水分亏缺和土壤水分敏感性的空间模式发生了转变，预计未来超过36%的区域受不同水分主导作用将发生转变。约58.15%（SSP2-4.5）和64.37%（SSP5-8.5）的区域，土壤水分对GPPmax的影响作用将会增强。研究结果为提高陆面模型预测的准确性提供关键支撑，也为应对未来气候变化风险提供重要参考。
相关成果以“Future soil moisture will slowdown the advancement of ecosystem productivity in the Northern Hemisphere”为题发表在《Science Bulletin》。新疆生地所李稚研究员为论文第一作者，陈亚宁研究员为通讯作者，合作者来自澳大利亚联邦科学与工业研究组织、迪肯大学、中山大学及北京师范大学。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等资助。

图：未来北半球生态系统生产力受不同水分主导作用的时空格局转变