盐生荒漠植物群落碳、水通量的拆分及各组分年际变化的研究

Although flux observations can directly obtain net ecosystem carbon flux or total water flux, but it cannot distinguish their components: e.g., photosynthesis and respiration, evaporation and transpiration. To address this issue, we will use micro-lysimeters, static chamber, LI-8150 (soil respiration monitoring system) and eddy covariance technique to partitioning carbon and water fluxes in a desert halophyte community. This will help us to better understand the contribution of each component in carbon and water cycle and establish empirical relationships between carbon and water fluxes (and their components) and environment factors. With the seasonal and inter-annual variations of carbon and water fluxes (and their components) being characterized with 10 years eddy covariance data, a mechanistic understanding of how carbon and water fluxes formed and changed over time will be reached. We believe the results of this study will provide strong basis for productivity modeling in similar regions under the background of climate change.

碳水通量观测的核心目标是研究生态系统碳水循环的关键过程和机理。然而，尽管通量观测可以直接获得生态系统净碳水交换量，但却无法区分CO2通量的光合和呼吸、H2O通量的蒸腾和蒸发组分。因而妨碍了对过程与机理的进一步理解。本申请拟以西北干旱生态系统典型的植被类型之一-盐生荒漠植物群落为例，利用微型蒸渗仪、同化箱、土壤呼吸仪和涡度相关观测系统，对水汽通量的植物与土壤的贡献，二氧化碳通量的光合（灌木与草本）与呼吸（地上与地下）组分进行拆分，根据碳水通量各个组分与环境因子的关系建立经验模型，对已有的10年涡度相关通量数据进行拆分，并分析碳水通量及其组分的季节、年际变化特征及主导驱动因子。该研究将加深对稀疏植被区碳水通量形成和变化过程的认识和理解，为预测全球气候变化背景下类似地区碳源、汇功能变化以及生产力模型参数确定等奠定相关的科学基础。

在生态系统水平上，涡度相关技术是评价植被/大气间水汽、二氧化碳通量的主要技术手段。然而，对于草本与灌木混生的荒漠植物群落，生态系统内部则是一个“黑箱”，草本层片和灌木层片的碳、水通量对生态系统碳、水循环的贡献多少？年际间降水格局的变化是如何影响草本层片和灌木层片？本研究利用同化箱与涡度相关技术相结合，量化草本层片与灌木层片对群落碳、水通量的贡献；结合多年涡度相关观测数据，揭示碳、水循环及组分年际变化的主导驱动因子。具体结果如下：.(1) 草本层片在生长季初期为碳的吸收，在生长季中、末期为碳的释放，灌木在整个生长季为碳的吸收。整个生长季，灌木层片对群落生产力的贡献大于70%， 而草本层片的贡献在30%左右。草本层片以地下部分的呼吸占主导，而灌木层片则是以地上部分的呼吸占主导。灌木层片的碳利用效率大于草本层片，侧重于碳的固定，而草本层片的水分利用效率大于灌木层片，侧重于水分的有效利用。草本层片与灌木层片的用水策略，生存策略不同，使得对群落碳、水循环的贡献不同。.(2) 荒漠植物群落对降水格局变化的响应是通过群落结构和用水策略的调整来实现。丰水年份，尤其是生长季前期的充足降水量，可以促进草本层片的大量萌发，草本层片的覆盖比例在群落结构中增加，生长季的降水频率决定草本层片的初级生产力。因此，生长季前期降水、生长季的降水频率和草本层片的盖度共同驱动荒漠植物群落二氧化碳通量的年际变异。.(3) 无论以地下水为主要水源的深根系荒漠植物群落还是以降水为主要水源的浅根系群落，其群落二氧化碳通量对夏季降水的响应均以碳释放为主。对于以地下水维持生理活动的深根系群落可以理解，降水仅仅激发了土壤碳过程，而对于利用降水维持生理活动的浅根系群落，降水并没有被植物所利用，同样是激发了土壤碳过程，使得整个群落表现为碳的释放。因此无论以深根、浅根系为建群种的荒漠植物群落对夏季降水的响应均以土壤呼吸占主导，控制着整个群落的碳平衡。