我院盐池站团队在荒漠生态系统蒸散发和植物蒸腾方面取得系列进展

蒸散发是生态系统碳收支、水循环和能量平衡相互耦合的关键环节，不仅受气候变化的强烈影响，也决定着生态系统对大气的反馈。蒸散发约占全球陆地降水的60-70%，而在旱区这一比例可达90%以上。全球旱区约占陆地表面积的40%，中国旱区面积达国土面积50%以上，养育着全球约38%的人口。因此，探究旱区生态系统蒸散发及其组分(如植物蒸腾、土壤蒸发)的动态变化和调控机理，不仅对于理解和预测生态系统功能对气候变化和人类活动的响应至关重要，同时也可为荒漠化防治、水资源管理和经济社会可持续发展提供科学依据。

我院查天山教授、贾昕教授依托宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站，以典型沙地灌丛生态系统为研究对象，自2012年起开展涡度相关、茎干液流、微气象等指标的长期连续观测，剖析了蒸散发及其组分在不同时间尺度的变化规律以及与生物/非生物因素的关系，取得了系列进展。

(a)宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站涡度相关观测

(b)北沙柳(Salix psammophila)茎干液流观测

(c)杨柴(Hedysarum mongolicum)和油蒿(Artemisia ordosica)茎干液流观测

(1)揭示了典型沙生灌木多时间尺度蒸腾耗水规律与调控机理。北沙柳蒸腾速率在昼夜尺度主要受太阳辐射驱动，而在季节尺度主要受气温、太阳辐射和水汽压亏缺影响。土壤水分调控着蒸腾速率对其他因素的响应。其生长季蒸腾总量随土壤输入和叶面积指数的增加而增加，但不同物候期蒸腾速率年际变异的影响因素存在差异。北沙柳夜间蒸腾约占其生长季蒸腾总量的8-14%，在湿润年主要由气温和水汽压亏缺驱动，而在干旱年受土壤含水量和气孔导度制约。其生长季夜间蒸腾总量随平均气温、土壤含水量和气孔导度的增加而增加。在季节尺度上，油蒿蒸腾速率仅在土壤含水量高于0.1 m³m^-3时与气温、太阳辐射和水汽压亏缺呈正相关，而在土壤干旱时与这些气象因子解耦；在日尺度，油蒿蒸腾速率响应太阳辐射的时滞随土壤含水量增加而减小。夏季干旱导致北沙柳、油蒿和杨柴蒸腾分别降低56%、42%和29%，而春季干旱导致北沙柳和油蒿蒸腾分别降低28%和10%。三个物种中杨柴蒸腾表现出对干旱最强的抗性和弹性。以上这些结果表明，沙生灌木蒸腾能够根据水分条件做出适应性调整，从而避免水分过度消耗。此外，夜间变暖可能导致沙生灌木蒸腾耗水增加。

(2)明晰了典型沙生灌丛生态系统蒸散发季节和年际变化的驱动因素。在生长季内，冠层导度是蒸散发动态的核心影响因素，土壤含水量和叶面积指数均通过冠层导度间接影响蒸散发以及潜热占净辐射的比例；在季节间，土壤水分对蒸散发具有滞后影响，春季土壤含水量受上年秋季土壤含水量影响，并决定着当年叶面积指数和年蒸散发值。2012-2020年间，蒸散发变化范围为207-297 mm yr^-1，占年降雨量的62%-105%，期间蒸散发总量(2163 mm)占总降雨量的78%。生物因子在季节尺度对蒸散发动态起着重要的调控作用，而大气和土壤干旱在更小时间尺度对蒸散发具有调控作用。降雨量与年蒸散发、湿季（7-11月）蒸散发和旱季（12-6月）蒸散发解耦，湿季蒸散发通常小于同期降雨量，而旱季蒸散发通常大于同期降雨量。以上这些结果表明，植物物候和生理生态过程及其对水分可利用性的响应制约着蒸散发的季节和年际动态；蒸散发的季节和年际变化不仅受限于降雨量，而且受到降雨季节性的影响；水文损失(深层入渗、地下径流等)和土壤水分的遗留效应可能是蒸散发和降雨量在季节和年际尺度解耦的重要机理。在未来湿季更湿、旱季更旱的气候变化情景下，北方半干旱灌丛、草地蒸散发和降雨量可能进一步解耦。

上述成果于2016-2022年间分别发表在Biogeosciences、Agricultural and Forest Meteorology、Hydrological Processes等期刊上，查天山教授、贾昕教授为第一或通讯作者。研究工作得到多项国家自然科学基金、国家重点研发计划课题和中央高校基本科研业务费等项目的资助，并得到中美碳联盟(US-China Carbon Consortium, USCCC)的大力支持。研究团队目前的研究重点是利用多年地面观测数据和卫星遥感数据，从生态系统到区域尺度量化植物蒸腾和土壤蒸发在蒸散发中的占比及其对植被和气候变化的响应，为植被建设和荒漠生态系统管理提供科学依据。

论文链接：

https://doi.org/10.5194/bg-14-4533-2017