农田生态系统净碳交换关键过程对干旱-复水的响应研究

农田生态系统中大气与作物冠层之间的CO2交换强度与特点决定了作物碳营养的转化，直接制约着群体生产力。因此，农田的净碳交换及其关键过程对气候变化的响应分析，不仅对全球变化条件下农田水碳管理具有重要的科学意义，同时也对农田作物调控和产量提高具有实际的指导意义。本研究在生态系统尺度上，以农田生态系统净碳交换及其关键过程对干旱-复水的响应特征作为重点探讨的科学问题，基于涡度相关通量观测，结合多尺度、多途径的试验观测，以典型旱作区春玉米农田生态系统为研究对象，分析干旱-复水作物补偿效应的群体响应特征，探明干旱-复水对作物群体光合生产和呼吸的影响，揭示农田生态系统净碳交换及其关键过程对干旱-复水的响应特征。通过该研究为农田生态系统的水碳管理、作物调控和产量提高提供科学依据。

本研究基于涡度相关通量观测，结合多尺度、多途径的试验观测，以典型旱作区春玉米农田生态系统为研究对象，探明干旱-复水对作物群体光合生产和呼吸的影响，揭示农田生态系统净碳交换及其关键过程对干旱-复水的响应特征。通过该研究为农田生态系统的水碳管理、作物调控和产量提高提供科学依据。. 2011-2013年，按照项目既定研究计划，在山西寿阳野外试验观测站，系统开展了自单株到生态系统，从作物生理生态到群体水碳交换的多尺度多途径试验观测。首先，基于涡度相关和波文比观测系统，基本探明典型旱作农田生态系统水碳通量的季节动态特征和环境、作物控制机制，该典型旱作农田生态系统的水碳通量表现出单峰曲线变化趋势，在生育期内表现为505~596 gC•m-2的汇，农田水碳通量变化主要受光合有效辐射、饱和水汽压差、空气温度和土壤含水量等环境因素以及叶面积指数、气孔导度等作物因素影响。. 基于农田土壤碳通量的观测，揭示了该区域在湿润条件下，降雨对土壤呼吸各分量及其比例关系的影响；在土壤湿润的条件下,降雨对春玉米农田土壤呼吸及其分量具有明显的抑制作用,且对温度的敏感性降低。土壤呼吸及其分量在降雨前后的变化受土壤温度和土壤湿度的共同影响。降雨量、降雨历时和雨前土壤含水量决定了土壤呼吸及其分量对降雨响应的程度和时长。. 基于盆栽试验研究揭示了土壤呼吸对干旱-复水的响应特征，通过分析表明不同干旱程度条件下对土壤复水至同一湿度，干旱程度越大则土壤呼吸激发强度越强，且峰值的出现时间越滞后。在同一干旱程度条件下复水至不同湿度，复水量越多则土壤呼吸激发强度越强，且峰值的出现时间越提前。初始干旱程度不同干旱相同时间，复水至同一湿度则初始干旱程度越大则土壤呼吸激发强度越强，且峰值出现时间越滞后。. 通过覆膜和常规耕作两种方式的比较，分析了覆膜对典型旱作农田生态系统水碳交换、碳吸收和水分利用效率的影响。覆膜在一定程度上直接抑制土壤呼吸，另外主要是通过影响土壤水分和绿叶面积指数等因素而影响农田碳通量变化。覆膜处理和露地处理的最终碳积累量分别为596.0gC•m-2和505.8 gC•m-2。蒸散量为376mm和384mm。覆膜处理能把有限的水分从土面蒸发转向有效的作物蒸腾，提高作物群体的水分利用效率。. 通过以上研究目前已发表论文5篇，SCI论文2篇，待发表论文5篇，软件著作权2项。