科研進(jìn)展
JEM：對非生物因子的異質(zhì)響應決定了荒漠C4人工灌木林碳-水通量的解耦
干旱區約占全球陸地面積的45%，但對陸地生態(tài)系統總初級生產(chǎn)力（GPP）的貢獻僅為6.4%，對碳儲量的貢獻僅為8.9%。因此，傳統觀(guān)點(diǎn)認為干旱區生態(tài)系統對全球二氧化碳減排貢獻有限。但越來(lái)越多證據表明：干旱區草地和灌木等典型生態(tài)系統表現出弱或中度的碳匯能力，但碳源/匯格局在不同物種、氣象和水文條件下存在很大的不確定性。20世紀70年代末以來(lái)，我國開(kāi)展了大規模的人工植被建設，這一舉措明顯提升了生態(tài)系統碳匯能力。但有研究認為：干旱區人工植被建設在提高碳儲量的同時(shí)必將消耗更多的水分，從而進(jìn)一步加速干旱區水資源短缺。梭梭被稱(chēng)為“沙漠中的森林”，是一種多年生耐旱耐鹽的C4灌木，且因在其根部能寄生肉蓯蓉的特性，使其不僅有防風(fēng)固沙作用，而且會(huì )產(chǎn)生經(jīng)濟效益。因此，確定荒漠梭梭人工林碳源/匯格局及其與水分利用關(guān)系對干旱區生態(tài)恢復樹(shù)種選擇和地區社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展均具有十分重要的意義。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西北研究院）阿拉善荒漠生態(tài)水文試驗研究站生態(tài)水文研究團隊長(cháng)期從事干旱區生態(tài)恢復領(lǐng)域的研究工作，其團隊成員以我國阿拉善荒漠區人工梭梭林作為研究對象，利用渦度相關(guān)技術(shù)在騰格里沙漠北緣連續測定了人工梭梭林的碳、水通量，同時(shí)結合氣象和水文要素觀(guān)測發(fā)現：2021年全年的實(shí)際蒸散發(fā)量（ET）為189.5 mm，降水結合凝結水大致能夠滿(mǎn)足這一生態(tài)需水；總初級生產(chǎn)力（GPP）和生態(tài)系統呼吸（Re）分別為598.7和152.3 g C m-2 yr-1，凈生態(tài)系統生產(chǎn)力（NEP）高達446.4 g C m-2 yr-1，遠高于周?chē)渌嗄玖郑ㄈ缁ò艉蜋帡l），表明該生態(tài)系統是一個(gè)強碳匯；隨機森林分析表明，環(huán)境因子對GPP和ET的總貢獻率分別為71.56%和80.07%（圖1）。但是，不同環(huán)境因子對GPP和ET的影響存在差異（圖2）。結構方程模型分析表明：土壤水熱因子（土壤含水量和土壤溫度）決定ET和Re的大小和季節格局，而空氣動(dòng)力學(xué)因子（凈輻射、大氣溫度和風(fēng)速）決定了GPP和NEP（圖3）?？傊?，非生物因子的異質(zhì)性響應決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，是干旱區尤其是沙區大規模人工植被恢復的適宜灌木樹(shù)種。該研究將為干旱區植被建設在我國“碳中和”戰略中的重要地位提供科學(xué)依據。
該成果于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為題在線(xiàn)發(fā)表于環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域TOP期刊Journal of Environmental Management（中科院一區，IF = 8.91），西北研究院副研究員魚(yú)騰飛為第一作者兼通訊作者。該研究獲中國科學(xué)院“西部之光”項目、內蒙古自治區科技項目、阿拉善盟科技計劃項目、阿拉善盟林業(yè)和草原局自治項目和甘肅省自然科學(xué)基金共同資助。
圖1 荒漠梭梭人工林碳水通量變化及其環(huán)境因子的貢獻
圖2 梭梭人工林碳（GPP）和水（ET）通量對環(huán)境因子（凈輻射Rn、氣溫Ta、風(fēng)速WS和10cm深度土壤含水量VWC10）的響應過(guò)程
圖3 結構方程模型所揭示梭梭人工林碳水通量與環(huán)境因子的關(guān)系
