JEM：对非生物因子的异质响应决定了荒漠C4人工灌木林碳-水通量的解耦
发表日期:2023-06-19来源：
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干旱区约占全球陆地面积的45%，但对陆地生态系统总初级生产力（GPP）的贡献仅为6.4%，对碳储量的贡献仅为8.9%。因此，传统观点认为干旱区生态系统对全球二氧化碳减排贡献有限。但越来越多证据表明：干旱区草地和灌木等典型生态系统表现出弱或中度的碳汇能力，但碳源/汇格局在不同物种、气象和水文条件下存在很大的不确定性。20世纪70年代末以来，我国开展了大规模的人工植被建设，这一举措明显提升了生态系统碳汇能力。但有研究认为：干旱区人工植被建设在提高碳储量的同时必将消耗更多的水分，从而进一步加速干旱区水资源短缺。梭梭被称为“沙漠中的森林”，是一种多年生耐旱耐盐的C4灌木，且因在其根部能寄生肉苁蓉的特性，使其不仅有防风固沙作用，而且会产生经济效益。因此，确定荒漠梭梭人工林碳源/汇格局及其与水分利用关系对干旱区生态恢复树种选择和地区社会经济发展均具有十分重要的意义。
中国科学院西北生态环境资源研究院（以下简称西北研究院）阿拉善荒漠生态水文试验研究站生态水文研究团队长期从事干旱区生态恢复领域的研究工作，其团队成员以我国阿拉善荒漠区人工梭梭林作为研究对象，利用涡度相关技术在腾格里沙漠北缘连续测定了人工梭梭林的碳、水通量，同时结合气象和水文要素观测发现：2021年全年的实际蒸散发量（ET）为189.5 mm，降水结合凝结水大致能够满足这一生态需水；总初级生产力（GPP）和生态系统呼吸（Re）分别为598.7和152.3 g C m-2yr-1，净生态系统生产力（NEP）高达446.4 g C m-2yr-1，远高于周围其他灌木林（如花棒和柠条），表明该生态系统是一个强碳汇；随机森林分析表明，环境因子对GPP和ET的总贡献率分别为71.56%和80.07%（图1）。但是，不同环境因子对GPP和ET的影响存在差异（图2）。结构方程模型分析表明：土壤水热因子（土壤含水量和土壤温度）决定ET和Re的大小和季节格局，而空气动力学因子（净辐射、大气温度和风速）决定了GPP和NEP（图3）。总之，非生物因子的异质性响应决定了荒漠人工梭梭林碳、水通量的解耦。研究表明，梭梭具有低耗水和高固碳的特性，是干旱区尤其是沙区大规模人工植被恢复的适宜灌木树种。该研究将为干旱区植被建设在我国“碳中和”战略中的重要地位提供科学依据。
该成果于2023年6月15日以Divergent response to abiotic factor determines the decoupling of water and carbon fluxes over an artificial C4 shrub in desert为题在线发表于环境科学与生态学领域TOP期刊Journal of Environmental Management（中科院一区，IF = 8.91），西北研究院副研究员鱼腾飞为第一作者兼通讯作者。该研究获中国科学院“西部之光”项目、内蒙古自治区科技项目、阿拉善盟科技计划项目、阿拉善盟林业和草原局自治项目和甘肃省自然科学基金共同资助。
图1 荒漠梭梭人工林碳水通量变化及其环境因子的贡献
图2 梭梭人工林碳（GPP）和水（ET）通量对环境因子（净辐射Rn、气温Ta、风速WS和10cm深度土壤含水量VWC10）的响应过程
图3 结构方程模型所揭示梭梭人工林碳水通量与环境因子的关系
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