水分利用效率对碳循环响应气候变化的调节机制：从叶片到生态系统

本项目以我国北方草地生态系统为研究对象，在"多伦全球变化多因子"控制实验(GCME)的平台上从叶片到生态系统研究碳-水耦合过程－水分利用效率对气候变化(温度升高和降雨格局改变)的响应，从机理上揭示水分利用在温带草原生态系统生产力形成和碳固持方面的驱动机制；通过对植物个体或功能群水分利用效率的研究揭示共存物种在水分利用上的生态位分异和补偿机制，探讨维持生态系统水分利用效率的生物学基础；通过研究气候变化背景下水分利用效率变化和碳通量变化之间的关系揭示水分利用效率在碳循环响应气候变化过程中的调节机理，为气候变化背景下生态系统碳循环变化的动态模型提供基础参数和理论依据，并为退化草地的生态恢复和管理提供理论依据。

本项目以我国内蒙古温带典型草原生态系统为研究对象，运用野外控制实验，研究气候变化（温度升高和降雨格局改变）对植物个体、功能群、生态系统水平水分利用效率的影响。研究结果显示：在此温带典型草原生态系统中，植物叶片和个体水平的水分利用效率与群落和生态系统水平的水分利用效率对增温和增加降雨的响应显著不同。夏季增加降雨提高了生态系统的水分利用效率，但是对优势植物叶片水分利用效率没有显著影响。这是由于增加降雨对植物个体水平的光合与蒸腾速率的影响一致，但对生态系统水平上的生产力与蒸腾的影响有异。这说明我们并不能由生态系统中优势植物的水分利用效率对气候变化的响应而上推到生态系统水平水分利用效率对气候变化的响应。而共存物种及不同植物功能型的光合、蒸腾速率和水分利用效率对增温和增加降雨的响应差异很可能是造成植物群落组成发生改变的主要原因。本项目还分析了以往长期的试验结果，发现在此内蒙古温带典型草原生态系统中，两种优势植物种（克氏针茅和冰草）的水分利用效率、光合和蒸腾速率均呈现出显著的年际变异性。六年的实验数据显示，克氏针茅与冰草的叶片水分利用效率和光合速率均与七月份的降雨量呈现显著的正相关关系，这说明水分是调节干旱与半干旱地区植物水分利用效率响应气候变化的主要因子。本项目通过研究气候变化背景下生态系统中不同尺度的水分利用效率变化揭示出水分利用效率在碳循环响应气候变化过程中的调节机理，为气候变化背景下生态系统碳循环变化的动态模型提供基础参数和理论基础，并为退化草地的生态恢复和管理提供理论依据。