根据光合作用类型的不同，自然植被及农作物可主要划分为：C3植物（小麦、大豆、温带优势物种）、C4植物（玉米、甘蔗、高粱、热带亚热带草原优势物种等）。气候变化对于两种植被类型会产生不同的影响。
采用C4光合作用途径的植物由于其独特的解剖学和生化特性，通常对气候变化的反应与更常见的C3型植物不同。这些不同的反应预计会推动全球C4和C3植被分布的变化。然而，当前的C4植被分布模型可能无法预测这种反应，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，我们利用全球植物光合作用途径的观测数据、卫星遥感和光合作用最优理论，生成了一幅具有观测约束的全球C4植被分布图。
图1 全球C4植被分布和不确定性
我们发现，从2001年到2019年，全球C4植被覆盖率从17.7%下降到17.1%。这主要是由于二氧化碳浓度升高导致C3型光合作用更为有利，进而减少了C4天然草地的覆盖，而C4作物覆盖增加，主要是由于玉米种植面积的扩展。
图2. 2001-2019年全球C4植被变化及其变化原因
通过使用突现约束方法，我们估计C4植被贡献了全球光合作用碳同化量的19.5%，这一数值在之前估计的范围（18-23%）内，但高于动态全球植被模型的集合平均值（14 ± 13%；平均值 ± 一个标准差）。我们的研究揭示了C4植物在当代全球碳循环中关键且未被充分认识的作用。
图3 C4植被对于全球光合作用的贡献
研究成果以“Mapping the global distribution of C4 vegetation using observations and optimality theory”为题，于2024年在线发表于《自然通讯》（Nature Communications）。我院周浩然副教授为论文的共同第一作者和共同通讯作者。
论文信息：Xiangzhong Luo*#; Haoran Zhou*#; Tin W Satriawan; Jiaqi Tian; Ruiying Zhao; Trevor F Keenan; Daniel M Griffith; Stephen Sitch; Nicholas G Smith; Christopher J Still; Mapping the global distribution of C4 vegetation using observations and optimality theory, Nature Communications, 2024, 15(1),1219
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45606-3
