在全球氣候變化背景下，干旱與半干旱生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)和碳循環(huán)過程備受關(guān)注。近日，中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所洪冰研究員課題組，通過對我國新疆巴音布魯克草原生態(tài)系統(tǒng)的長期連續(xù)觀測與實驗?zāi)M研究，揭示了該地區(qū)水汽通量、碳通量及生態(tài)系統(tǒng)呼吸對氣候變化的響應(yīng)機制，為探討全球變化下的生態(tài)反饋提供了科學(xué)依據(jù)。
基于2017年至2021年的渦度相關(guān)觀測數(shù)據(jù)，研究團隊發(fā)現(xiàn)巴音布魯克高寒草地每年向大氣釋放約1432毫米水汽，高于年降水量，表明該草地是水汽的凈源區(qū)。研究顯示，該地區(qū)水汽通量具有明顯的季節(jié)與日變化規(guī)律，即生長季通量高于非生長季，日峰值出現(xiàn)在下午2:30左右。小波分析與主成分分析顯示，太陽輻射、氣溫、土壤溫度和飽和水汽壓差是控制水汽通量的主要環(huán)境因子。盡管降水量和溫度在五年間沒有顯著增加，年蒸散量卻以每年100毫米的速度上升，表明氣候變暖正在加劇該地區(qū)的水分虧缺，推動干旱化進程。
在碳通量方面，團隊通過研究巴音布魯克草原生態(tài)系統(tǒng)呼吸（ER）發(fā)現(xiàn)，ER呈現(xiàn)顯著的雙峰日變化特征，季節(jié)動態(tài)以8月最高、12月底最低。2018年全年ER總量為678 g C m-2，非生長季貢獻13%。土壤5 cm溫度與土壤含水量是控制ER季節(jié)變化的主控因子，日變化更多受氣溫和太陽輻射驅(qū)動。研究表明，ER的溫度敏感性在低溫和中等含水量條件下最高。
團隊通過使用開頂箱（OTC）模擬增溫情景，結(jié)合全年連續(xù)觀測，聚焦巴音布魯克高寒濕地的碳循環(huán)過程發(fā)現(xiàn)：OTC使空氣溫度升高0.5℃，土壤溫度升高1.1℃，土壤含水量降低2.01%；增溫導(dǎo)致ER通量增加33%，年ER總量達678 g C/m2，其中87%發(fā)生在生長季；ER對溫度的敏感性在低溫和中等含水量條件下最高，增溫后敏感性從6.68升至8.16，表明碳釋放對溫度升高的響應(yīng)更劇烈。
以上觀測表明，水熱耦合作用是調(diào)控高寒生態(tài)系統(tǒng)水碳循環(huán)的重要機制。水分可利用性與溫度變化共同影響植被蒸騰、土壤蒸發(fā)與微生物呼吸，進而調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的能量與物質(zhì)交換。草地蒸散發(fā)加劇與濕地呼吸增強，可能在中亞干旱區(qū)引發(fā)更嚴峻的水資源短缺與碳釋放風(fēng)險，這對未來區(qū)域生態(tài)安全與氣候適應(yīng)性管理提出了新挑戰(zhàn)。
這一研究揭示了巴音布魯克草原生態(tài)系統(tǒng)水碳通量的時空動態(tài)及其環(huán)境驅(qū)動機制，強調(diào)了長期連續(xù)觀測和控制實驗在預(yù)測氣候-生態(tài)反饋方面的重要性。同時，該工作填補了中亞干旱區(qū)高寒生態(tài)系統(tǒng)長期連續(xù)觀測數(shù)據(jù)的空白，為區(qū)域氣候模型與碳循環(huán)模型提供了關(guān)鍵參數(shù)，深化了科研人員對陸地生態(tài)系統(tǒng)水碳耦合過程的認知。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《水文學(xué)雜志》（Journal of Hydrology）、《第四紀研究》（Quaternary Sciences）、《植物生態(tài)學(xué)報》（Journal of Plant Ecology）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項（B類）的支持。
論文鏈接：1、2、3
本文鏈接：我國西北干旱區(qū)濕地與草甸氣候響應(yīng)機制獲揭示http://www.sq15.cn/show-12-1928-0.html
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