南京大学国际地球系统科学研究所田庆久教授科研团队在我国非光合植被时空演变及碳通量驱动机制研究方面取得重要进展

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文章导读

枯枝落叶竟是碳循环的关键角色？南京大学团队突破性研究发现，传统遥感技术长期将非光合植被误判为裸地，导致碳通量估算存在系统性偏差。研究团队构建了高精度遥感反演框架，首次绘制全国非光合植被分布图，并创新提出生态系统碳交换通量指数。数据显示我国半干旱区非光合植被正以每年0.0075的速度快速增长，这一发现为精准评估碳汇强度和实现"双碳"目标提供了关键科学依据。

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近日，南京大学国际地球系统科学研究所田庆久教授团队针对传统碳循环模型中非光合植被（NPV）长期被误认为裸地的科学瓶颈，构建了高精度的NPV遥感反演框架，并首次进行了全国陆地NPV覆盖度时空分布制图，创新性地提出了生态系统碳交换通量指数（ECEF），揭示了中国陆地生态系统NPV对气候梯度的响应特征及其在碳循环中的核心作用，为我国实现“双碳”目标提供了重要的理论支撑和科学依据。

在全球气候变化加速的背景下，精准识别NPV并定量评估其对碳通量的贡献，已成为碳循环监测领域的难点。非光合植被（NPV）包括枯枝、落叶、枯死茎干及植物残体，是陆地生态系统碳库中极其活跃且关键的部分。然而，传统遥感产品常将NPV误认为裸地（BS），导致系统性偏差，表现在：

·有机质转移与土壤呼吸的系统性低估；

·植被-土壤碳反馈量化存在结构性偏差。

研究团队整合了Sentinel系列卫星影像与大规模野外实测数据，结合归一化差值植被指数（NDVI）与归一化土壤和裸土光谱分离指数（NSSI），利用光谱指数的三角形特征空间方法（Triangular Space Method），实现了2016–2024年中国全境300米分辨率的年度最大NPV覆盖度（fNPV）反演。

核心技术突破包括如下两点：

1.高精度fNPV遥感反演框架：如图1所示，通过Sentinel-3与Sentinel-2数据融合，有效克服了复杂景观下NPV与BS的光谱混淆，基于Sentinel-2数据集验证结果显示，fNPV 反演精度R²达0.78。

2.ECEF指数构建：提出了一种全新的“生态系统碳交换通量指数（ECEF）” 。该指数综合了PV、NPV及BS的空间结构及其动态演变趋势，实现了对碳汇强度的稳健表征。

南京大学国际地球系统科学研究所田庆久教授科研团队在我国非光合植被时空演变及碳通量驱动机制研究方面取得重要进展

图 1.非光合植被覆盖度反演及生态系统碳交换通量预测流程图

研究揭示了中国NPV时空分异特征及其对气候梯度的敏感性：

·NPV时空演变特征：全国年平均非光合植被覆盖度为0.3679，并以每年0.0014 yr^-1的速度显著增长。其中，半干旱至半湿润区是NPV分布的高值区和快速增长区，增速达0.0075 yr^-1（图3）。

南京大学国际地球系统科学研究所田庆久教授科研团队在我国非光合植被时空演变及碳通量驱动机制研究方面取得重要进展

图 2.2016至2024年中国年均非光合植被的时空分布格局. 图中白色线条标示出三大气候区边界：干旱区 (Arid Region, RA)、半干旱至半湿润区 (Semi-arid and Sub-humid Region, RS) 以及湿润区 (Humid Region, RH)

·驱动机制分析：如图3所示，利用提升回归树（BRT）分析发现，季度气温和降水是驱动NPV空间变异的主导因素，相对重要性分别为19.38%和15.22%。

南京大学国际地球系统科学研究所田庆久教授科研团队在我国非光合植被时空演变及碳通量驱动机制研究方面取得重要进展

图 3.中国非光合植被覆盖度空间分异的环境驱动因子分析.（a-d）展示了全国尺度及不同气候区（RA：干旱区；RS：半干旱与半湿润区；RH：湿润区）内，基于提升回归树（BRT）模型评估的影响非光合植被覆盖度空间变异的环境因子相对重要性结果；（e-h）展示了全国尺度及三大气候区内，解释非光合植被覆盖度空间分异的前两个主导环境因子的偏依赖图。

·碳通量指示作用：研究证明ECEF与净生态系统产性（NEE）具有显著负相关（Pearson’s r = -0.68, p < 0.05, R² = 0.46）。这表明ECEF可作为评估气候梯度下生态系统碳汇强度的稳健代理指标。中国平均ECEF值为0.30，整体表现为碳汇特征。

该研究填补了我国大尺度NPV动态监测及碳通量贡献量化的空白。提出的ECEF指数不仅为数据匮乏地区的碳通量估算提供了可扩展的方法，也为改进过程模型（如Biome-BGC, CLM等）中的碳库表示提供了关键约束。

研究强调，在气候变暖导致植被物候改变和干旱加剧的背景下，NPV在调节地表能量平衡和土壤碳封存中的作用愈发重要。该成果对于精准评估我国不同气候区生态系统的抗逆性及碳循环反馈机制具有重要学术价值。

该研究以“Spatiotemporal dynamics of non-photosynthetic vegetation across China and their implications for carbon fluxes along climate gradients”为题发表在中国地学权威期刊《SCIENCE CHINA Earth Sciences》。南京大学国际地球系统科学研究所博士研究生王春胜为论文第一作者，田庆久教授和北京航空航天大学田家副教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目（2023YFF1303903）、中国科协青年人才托举工程项目（YESS20230043）以及国家自然科学基金项目（42101321）等资助。

论文信息：Wang C, Tian Q, Zhang W, Tian J, Chang L, Zhang R, Li Q. 2026. Spatiotemporal dynamics of non-photosynthetic vegetation across China and their implications for carbon fluxes along climate gradients. Science China Earth Sciences, https://doi.org/10.1007/s11430-025-1711-8。