近日，河北大学万师强教授团队联合四川大学陈磊研究员在国际顶级期刊《Nature Plants》在线发表题为《Overcompensation of vegetation productivity after late-spring frost in the Northern Hemisphere》的研究论文，揭示北半球植被遭遇晚春霜冻后存在生产力超补偿现象，为理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环动态提供了全新认知。

晚春霜冻发生在植物芽膨大、展叶和开花阶段，会直接损伤植物组织、扰乱光合同化过程。长期以来，学术界缺少北半球大尺度证据，来回答植被在霜冻灾害后能否恢复、甚至超过未受冻年份的生产力这一关键科学问题。本研究融合涡度协方差碳通量、卫星反演总初级生产力与日光诱导叶绿素荧光多源数据，结合多年野外霜冻控制实验，系统量化了晚春霜冻造成的生产力损失、植被再生长及其补偿效应。

研究基于 1039 个站点年碳通量记录与多套卫星产品分析发现，晚春霜冻事件发生后，植被生产力超补偿现象占比可达 21.5%–41.0%，部分事件中年生产力甚至超过无霜冻基线水平。出现超补偿的事件中，总初级生产力（GPP）与日光诱导叶绿素荧光（SIF）损失更小，霜后再生长能力显著更强；在更换霜冻阈值、替换不同 GPP 数据集并排除干旱、极端高温与短期天气波动干扰后，该超补偿现象依然稳定存在，证明并非单一数据源带来的偶然结果。

从植被类型来看，混交林的生产力损失、再生长和超补偿能力最强，常绿林与落叶林紧随其后；草地相比灌木会承受更大霜冻损失，但后续再生能力更强。沿纬度梯度，自 30°N 至 70°N，超补偿事件的占比随纬度升高而增加，高纬度地区植被霜冻损失更小、霜后再生长与补偿量更高。2001–2020 年卫星观测记录显示，植被霜冻损失持续下降、再生长能力不断提升，超补偿现象随时间整体增强，其中落叶林变化趋势最为明显，所有植被类型的超补偿比例均呈上升态势。

团队依托长达七年的草地春季霜冻野外控制实验，成功重复验证植被超补偿现象：霜冻处理后生态系统 GPP 先下降，后续逐步恢复并超越对照组，2018 至 2024 年间，霜冻造成的生产力损失持续降低，超补偿效应不断上升。结构方程模型结果表明，土壤相对湿度与杂草覆盖增加能够提升生态系统总初级生产力，春季霜冻通过改变植被覆盖度与物种丰富度间接增强生态系统恢复能力。随机森林与 SHAP 模型分析显示，霜前温度、水气压亏缺是决定霜冻损失的核心因子；霜后温度主导植被再生长，霜后短波辐射对超补偿贡献最高。

基于 CMIP6 NorESM2-MM 气候情景模拟预测：高排放路径下，本世纪后期植被超补偿效应持续增强；低排放路径则在 2070 年后出现回落。当前主流地球系统模型大多尚未纳入植被超补偿机制，研究团队提出，应将植物生长策略与生理响应机制整合进碳循环模型，提升对北半球陆地碳循环的预测精度。

该研究丰富了极端气候事件下生态系统响应理论，为准确评估全球变暖背景下春季霜冻灾害对陆地碳汇的影响提供了重要观测证据，同时展现了河北大学全球变化生态学方向在国际前沿生态学科研领域的持续贡献。

文章链接：https://doi.org/Article 10.1038/s41477-026-02407-4