Accurate representation of leaf longevity is important for simulating ecosystem carbon cycle

Leaf longevity and leaf turnover rate are important plant traits relating to plant growth, leaf photosynthesis and respiration, plant canopy dynamic and many other factors, but dynamic global vegetation models only set inaccurate values for these factors. In this study, we firstly investigated the leaf longevities at major vegetation types based on 418 field measurements from around the world. By replacing the default leaf longevities in the Lund-Potsdam-Jena model (LPJ) with the revised values, we examined the changes in simulated carbon cycle caused by the revised parameters. The results suggested that the compiled observations of leaf longevity were significantly different from the default values in LPJ. Both the vegetation production and respiration of the simulated natural ecosystems showed significant changes based on the revised leaf longevity compared with the predictions developed using default model parameters. Of all of the variables, the aboveground and belowground litter pools showed the largest changes (about 10% globally). Globally, the default parameters induced a significant overestimation of terrestrial carbon sink by 3%, compared with a simulation using the revised parameters. Furthermore, the uncertainties in leaf longevity caused various uncertainties (5–30%) in the simulated carbon fluxes and carbon pools. The offset of biases in intermediate variables might result in rational final model outputs. Overall, more accurate leaf longevities are critical for simulating the vegetation distribution and ecosystem carbon cycle.

ZusammenfassungDie Lebensdauer der Blätter und ihre Turnover-Rate sind wichtige Merkmale von Pflanzen. Sie stehen in Beziehung zum Pflanzenwachstum, zu Photosynthese und Respiration der Blätter, zur Kronendynamik und vielen anderen Faktoren, aber dynamische, globale Vegetationsmodelle verwenden nur ungenaue Werte für diese Faktoren. Wir ermittelten zunächst die Blattlebensdauer für wichtige Vegetationstypen (418 Erhebungen weltweit). Indem wir die Vorgabewerte aus dem Lund-Potsdam-Jena-Modell (LPJ) durch die revidierten Werte ersetzten, ermittelten wir die dadurch verursachten Änderungen im simulierten Kohlenstoffkreislauf. Die Ergebnisse zeigten, dass die zusammengetragenen Beobachtungen zur Blattlebensdauer sich signifikant von den Vorgaben des LPJ-Modells unterschieden. Sowohl Produktion als auch Respiration der Vegetation der simulierten Ökosysteme zeigten mit den überarbeiteten Werten signifikante Veränderungen gegenüber den mit Vorgabewerten errechneten Vorhersagen. Von allen Variablen zeigten die ober- und unterirdischen Streuvorräte die größten Veränderungen (durchgängig etwa 10%). Die Vorgabewerte verursachten eine signifikante Überschätzung der terrestrischen Kohlenstoffsenke um 3% im Vergleich zu einer Simulation mit den revidierten Werten. Darüber hinaus verursachten Unsicherheiten bei den Blattlebensdauern verschiedene Unsicherheiten (5-30%) bei den simulierten Kohlenstoffflüssen und –vorräten. Genauere Daten zur Blattlebensdauer sind entscheidend für die Simulation von Vegetationsverteilung und Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem.