可微分的土地模型揭示了全球环境因素对潜在生态功能的调控作用

《Nature Communications》：Differentiable land model reveals global environmental controls on latent ecological functions

　　

摘要

目前观察到的植物功能性状的空间分布是当前环境梯度和过去自然选择的直接体现，这为我们理解植物如何适应其生存环境提供了线索。然而，目前仍不清楚这些性状是如何在不同环境中相互结合与协调的，以及这种协调是否反映了生态学中的某些组织原则，从而有助于改进生态系统功能多样性和十年尺度碳交换的建模。在这里，我们介绍了DifferLand这一可微分混合模型，该模型能够直接从多模态卫星数据和实地观测数据中学习高维的、协调的环境-性状关系。DifferLand揭示了少数几个潜在的轴，这些轴展示了植物性状的组合如何共同影响植被动态和碳-水通量，使模型能够捕捉到长期适应模式以及对气象变化的短期响应，在空间泛化能力上优于仅依赖植物功能类型的模型。该空间化网络能够学习植物功能属性与环境梯度之间的非线性相互作用，从而在全球尺度上组织代表植物性状的潜在生态参数。这种潜在的环境-性状结构揭示了生态系统功能多样性的大尺度模式，并提升了陆地生物圈模型的空间泛化能力。