摘要：大气中二氧化碳浓度的上升正通过间接气候效应和直接影响植物表现，影响全球陆地生物圈。热带森林的长期监测表明，存在显著的二氧化碳驱动的碳汇。以C₄草为主的热带和亚热带草原大约贡献了陆地净初级生产力的30%，然而缺乏对二氧化碳反应的长期分析。这里我们显示，在70个二氧化碳添加实验和来自南部非洲为期32年的现场观察的荟萃分析中，得出了明确而一致的结果：在干旱条件下，野生C₄草的二氧化碳施肥效应是普遍存在的。在实验中，草在较高的二氧化碳水平下减少了气孔导度，限制了水分损失同时增加了碳的获取。在现场，改进的水分利用效率转化为C₄草在三十年观察中的生物量生产增加。最后，通过社区土地模型的模拟表明，在未来条件下，C₄草的地上生产力可能继续增加。总的来说，这些结果挑战了C₄草对二氧化碳水平上升不反应的观点，而是证明了南部非洲野外草的年地上生产增加了28%（CO₂驱动增加75.1克每平方米（95%置信区间为74.5-75.8克每平方米）或每公顷0.37吨的年生产）。虽然这些碳的命运不确定（取决于与火灾、食草动物和木本植物的反馈），但对全球碳循环的影响可能是深远的。主要：直接二氧化碳对植物生产力的潜在影响早已被认识，这促使了自由空气二氧化碳富集实验（FACE）网络的建立。这些实验显示了广泛但依赖上下文的直接CO₂效应，包括增加光合作用、减少气孔导度和水分使用，以及增加生物量生产。然而，现场CO₂富集实验在很大程度上忽略了主要的热带和亚热带生态系统。在热带森林中，长期的植被监测弥补了这一差距，强烈暗示CO₂施肥作为增强树木生产力的驱动因素。在热带和亚热带草原中，长期观察和建模也建议CO₂施肥在C₃木本植物入侵中的作用。但是，尽管可用适当的监测数据，缺乏等效的长期分析关于C₄草原草对CO₂的反应。这种不确定性意味着树木与草的动态的净结果仍不明确，包括可能对火灾制度的影响，这限制了我们对草原对全球变化响应的建模和预测能力。温带草原的现场实验和与草原草的腔室实验为生成合乎逻辑的假设提供了基础，说明热带C₄草将如何回应不断上升的CO₂水平。由于C₄光合作用途径作为抑制光呼吸的CO₂浓缩机制进化，预计C₄草在面对上升的大气CO₂水平时表现出较小的直接光合反应。在经过严格选择以产生高产量的C₄农作物中，这种CO₂浓缩机制在良好水分条件下消除了CO₂施肥。然而，野生C₄草的光合作用效率较低，并且在多样的野生C₄草物种中观察到了CO₂施肥。虽然这可能部分是由于光合酶Rubisco的活性增强，但较高水平的CO₂也减少气孔开口，从而缓解水分不足以促进碳固定。与C₄农作物的FACE实验表明，在水资匮乏的情况下，该机制促进了CO₂施肥。混合C₃-C₄的北美温带草原的基于现场的实验也显示，草的生产力因FACE而增强，尤其在季节性干旱的环境中、干燥年份、干旱场所和高土壤养分可用性下。然而，现有的现场实验的综合分析并未区分C₃和C₄植物的反应，而较小规模实验的现有定量合成也过时，并且仅包含一部分实验。总的来说，这些分析未能评估野生C₄主导系统中的现场草生产。在这里，我们提供了对C₄草原草对上升CO₂水平反应的综合性综合，结合了实验的荟萃分析、新的现场观察和植被模型案例研究。首先，我们使用CO₂富集实验的荟萃分析评估CO₂施肥是否在全球范围内广泛存在于野生C₄草中，并与水分可用性相互作用。其次，我们分析了独特的32年时间序列。