策略论坛

近日，西南交通大学策略论坛 李小军教授联合国内外合作者在国际综合性学术期刊Nature Communications上发表了“Large live biomass carbon losses from droughts in the northern temperate ecosystems during 2016-2022”的研究论文。该成果聚焦于干旱、火灾等森林扰动背景下，北半球活体植被碳库的变化及其影响机制，体现了遥感科学与生态学的深度交叉融合，由西南交通大学、法国国家农业科学研究院、北京大学等19家高校与院所联合完成。

北半球（30°N以北）生态系统占全球森林面积的约41%，每年为陆地碳汇贡献14至20亿吨碳，在全球碳循环中具有重要作用。过去半个世纪，受二氧化碳浓度上升和气候变暖影响，中高纬地区植被生长季延长、生产力提高，光学遥感显示“变绿”趋势明显，因此普遍认为北半球植被碳储量持续增加。然而，近十年间，该区域频繁遭遇高温、干旱和火灾等极端气候与扰动事件，进而引发气候变化热点问题：北半球植被碳储量是否仍在增加，亦或已发生转折？其背后的驱动机制又是什么？

针对该问题，李小军教授利用团队自主研发的低频L波段被动微波植被光学厚度指数（L-VOD），开展了2010-2022年间北半球地上与地下活体植被碳储量的动态估算。L-VOD 具备更新快、监测频率高、对浓密森林敏感性饱和点高等优势^[1,2]，为大尺度植被碳变化监测提供了重要支撑。在该产品支持下，研究团队发现北半球活体植被碳储量正由积累转向损失, 其中2016年为转折点（图1c）。尽管2010至2022年间该区域植被碳储量整体仍呈净增长，但自2016年起，该区域每年平均损失约2亿吨碳，相当于全球逾1.6亿辆汽车的年排放量。

研究团队还发现，温带生态系统在此期间碳储量下降最为显著，年均减少约2.6亿吨碳，占其活体碳储量的约4%。相比之下，北方森林碳损失较小，但区域差异明显，如西伯利亚森林在2016年前后均呈持续下降趋势，而北欧地区自2016年起则呈现净增长趋势（图1a,b）。利用可解释的机器学习模型，研究团队进一步量化了气候、人为和土壤因素对北半球植被碳储量的重要性及其作用方式。结果显示，太阳辐射变化是温带与北方生态系统的关键气候驱动因子，其中温带更易受土壤干旱影响，北方则主要受火灾、虫害和大气干旱（VPD）影响。该研究强调，在全球变暖背景下，应加强跨国合作，保护脆弱的活体森林碳库，同时也为此前“非活体碳库主导陆地碳汇”的发现提供了重要补充^[3,4]。该研究还得了欧洲航天局（ESA）的特别报道：//climate.esa.int/en/news-events/Forests-turn-from-carbon-sinks-to-emitters/

图1. 北半球植被碳储量时空动态变化。a) 2010-2016逐像素变化趋势，b) 2016-2022逐像素变化趋势，c-e) 不同生态系统相较于2010年植被碳储量的年际净变化

西南交大李小军教授为第一作者，共同通讯作者为李小军和法国国家农业科学研究院(INRAE) Jean-Pierre Wigneron教授。国内外合作者包括：法国气候与环境科学实验室Philippe Ciais院士、丹麦哥本哈根大学Rasmus Fensholt教授和Martin Brandt教授、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、全球碳计划执行主任Josep G Canadell教授、英国埃克塞特大学Stephen Sitch教授、俄克拉荷马大学萧向明教授、北京大学陶胜利研究员、杨卉研究员和王欢博士、西南大学樊磊教授、河海大学秦元伟教授、郑州大学王梦佳教授、南京林业大学崔天翔教授和中山大学郑艺博士等。

第一作者简介：

李小军，西南交通大学教授/博导，国家级青年人才引进计划入选者，主要从事微波辐射传输建模、地表土壤水分与植被光学厚度（VOD）反演及其应用研究，主导研发了欧空局SMOS卫星陆地L3级官方产品SMOS-IC土壤水分与VOD反演数据集，产生了广泛的学术与应用影响力，支撑发表SCI论文超过100余篇。主持省部级项目1项，参与了多项欧洲空间局（ESA）、法国国家空间研究中心（CNES）、国家自然科学基金委员会等资助的项目。以第一/通讯作者在Nature Communications、Remote Sensing of Environment、Journal of Hydrology等国内外顶级期刊发表论文17篇，其中4篇RSE入选ESI前1%高被引论文，合作发表SCI论文超过70篇， 包括Science、Nature Climate Change、 Nature Geoscience等。曾获法国农科院2024优秀员工C3奖（唯一华人）、 北京市优秀毕业生荣誉称号等。

本团队长期招收博士生和硕士生，主要从事微波遥感地表土壤水分与植被参数反演及其应用研究。欢迎对相关方向感兴趣的同学加入！

联系方式：[email protected]

相关参考文献：

[1] Li Xiaojun, Jean-Pierre Wigneron, Lei Fan, Frédéric Frappart, Simon H. Yueh, Andreas Colliander, Ardeshir Ebtehaj et al. "A new SMAP soil moisture and vegetation optical depth product (SMAP-IB): Algorithm, assessment and inter-comparison." Remote Sensing of Environment 271 (2022): 112921.

[2] Li Xiaojun, Jean-Pierre Wigneron, Frédéric Frappart, Gabrielle De Lannoy, Lei Fan, Tianjie Zhao, Lun Gao et al. "The first global soil moisture and vegetation optical depth product retrieved from fused SMOS and SMAP L-band observations." Remote Sensing of Environment 282 (2022): 113272.

[3] Bar-On Y.M., Xiaojun Li, Michael O’sullivan, Jean-Pierre Wigneron, Stephen Sitch, Philippe Ciais, Christian Frankenberg, and Woodward W. Fischer. "Recent gains in global terrestrial carbon stocks are mostly stored in nonliving pools." Science 387, no. 6740 (2025): 1291-1295.

[4] Li Xiaojun, Philippe Ciais, Rasmus Fensholt, Jérome Chave, Stephen Sitch, Josep G Canadell, Martin Brandt, Lei Fan, Xiangming Xiao, Shengli Tao, Huan Wang, Clément Albergel, Hui Yang, Frédéric Frappart, Mengjia Wang, Ana Bastos, Philippe Maisongrande, Yuanwei Qin, et al., Jean-Pierre Wigneron. "Large live biomass carbon losses from droughts in the northern temperate ecosystems during 2016-2022." Nature Communications (2025)16:4980.