中国黄土高原天然林地和草地水分利用效率对物候的响应

生态系统水分利用效率(WUE)是陆地碳-水-能量耦合循环的一个综合生理学指标,解析温带旱区WUE对植物物候(例如GSL、SOS和EOS,即生长季的长度、开始和结束日期)变化的响应机制是相关领域的研究热点.本研究基于遥感反演和原位观测数据,探讨了2001~2020年中国黄土高原天然林地和草地的总初级生产力(GPP)、蒸散发量(ET)和WUE(由GPP/ET量化)如何随物候的变化而变化.结果表明:2001~2020年,研究区SOS显著提前、EOS略微推迟、GSL显著延长;林地的生长季通常更早开始、更晚结束、历时更长,但草地物候的年际变化速率更大.研究区春、夏季WUE显著减少,而秋季草地WUE增加;草地WUE的年均减少速率约为林地的2倍.SOS提前能增加春季林地WUE,但减少草地WUE,这主要是由于展叶对林冠下的土壤蒸发限制更强烈;EOS对WUE影响小,且两个生态系统之间无显著差异.气候变化不仅会通过改变GPP和ET直接影响WUE,还能通过调节物候间接影响WUE.变暖能增加GPP和ET,同时导致SOS提前,进一步促进GPP和ET(林地ET除外).降水显著影响春季林地GPP和ET、夏季草地GPP和ET,以及秋季草地ET;降水对春季草地WUE的影响主要通过调节SOS来实现.太阳辐射增强能抑制春季草地GPP、促进秋季林地ET,并通过影响物候来调节草地WUE.本研究对于改进基于过程的植被模型、厘清干旱半干旱地区各类生态系统对气候变化的响应机制具有重要意义.