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水保学院科研团队在生态系统水分利用机制方面取得新进展

发表时间:(2020-06-01)

  水分利用策略是植物生存、适应与发展的关键,也是森林植被生态系统发挥物质供给、保持水土、涵养水源、调节气候等功能的基础。探究全球气候变化背景下,不同生态系统类型水分循环与水分利用对环境变化和极端气象事件的响应机制,对预测生态系统适应性、改进生态系统过程模型和制定应对气候变化生态系统管理具有十分重要的意义。

 

  为此,水土保持学院张志强教授团队利用位于北京顺义林场、八达岭林场多年观测数据,结合全球通量观测网(FLUXNET)公开数据,研究了森林、灌木、C3和C4草本生态系统对环境和极端气候的响应机制。

  

 

  该研究表明,冠层导度是调节杨树人工林春秋两季水分利用效率的主要因素,散射辐射则是控制其夏季水分利用效率的主要原因。研究发现,冠层尺度气孔最优理论仅在大气蒸腾拉力低的情况下有效,而当非气孔功能占主导地位时,杨树人工林表现出较为宽松的用水策略。该研究进一步解释了杨树人工林生长速度快、水分消耗大的生物物理控制机理。

 

  

 

  该团队研究发现,不同林龄油松和元宝枫人工林夜间树干液流占全天液流量比例具有明显的收敛性,胸径大小可以在很大程度上解释其变异性,但饱和水汽压差、风速诱导和区域特异性补水等都对树木夜间液流产生重要影响。可见,过去仅基于夜间饱和水汽压差拆分夜间树体补水和夜间蒸腾,存在明显的不足。据此,本研究提出了一个新的夜间液流拆分概念模型,这对于深入研究森林生态水文过程,改进大尺度陆面植被动态模型,预测气候变化下森林生态系统的碳水循环及适应性具有重要的价值。

  

  

  该团队发现大多数生态系统在热浪期间生产力受到抑制,热浪发生期间土壤水分减少是抑制生态系统生产力的主要因素;高温可以促进C4草本气孔开放,从而避免了热浪可能造成的叶片烧伤和组织损伤;与其它生态系统类型相比,森林生态系统对热浪的抵抗力和恢复力更高,具有更高的稳定性,草本植物更易受到热浪后水分胁迫的影响。这项研究表明,热浪对生态系统初级生产力的影响受生态系统类型和植物功能型的调控,探究热浪导致的水分胁迫与水分利用策略对于全面评估热浪对生态系统功能的影响至关重要。

 

  以上研究成果2篇发表在农林科学领域一区Top期刊 Agricultural and Forest Meteorology (IF=4.189),1篇发表在环境科学与生态学领域二区Top期刊 Environmental Research Letters (IF=6.192)。威尼斯登录网站平台-线上真人手机版下载为第一和通讯单位。博士研究生许行为其中两篇论文的第一作者,博士研究生陈左司南为另一篇论文的第一作者,张志强教授为3篇论文的通讯作者。该工作得到国家自然科学基金(31872711)和北京市教委项目的资助。

 

  文章引用及链接:

 

  Chen, Z.S.N., Zhang, Z.Q., Sun, G., Chen, L.X., Xu, H., & Chen, S.N. (2020). Biophysical controls on nocturnal sap flow in plantation forests in a semi-arid region of northern China. Agricultural and Forest Meteorology , 284, 107904.

https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2020.107904

  

  Xu, H., Zhang, Z.Q., Xiao, J.F., Chen, J.Q., Zhu, M.X., Cao, W.X., & Chen, Z.S.N. (2020). Environmental and canopy stomatal control on ecosystem water use efficiency in a riparian poplar plantation. Agricultural and Forest Meteorology , 287, 107953.

https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2020.107953

  

  Xu, H., Xiao, J.F. Zhang, Z.Q. (2020). Heatwave effects on gross primary production of northern mid-latitude ecosystems. Environmental Research Letters , in press

https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab8760

 

 

编辑:高大为

审核:刘   尧

 

 

来源:水保学院          作者:许行、陈左司南;审稿:张志强          浏览次数:   
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