荒漠草原石生针茅光合特性对渐进式土壤干旱过程的响应及敏感性分析

陆地生态系统碳收支对极端气候变化十分敏感。为探究石生针茅荒漠草原碳收支对土壤极端干旱过程的响应机制,本研究以荒漠草原石生针茅为试验材料,采用遮雨棚人工控水方法模拟土壤的极端干旱过程,测定多项石生针茅碳交换特征参数,分析其变化特征并对比不同参数对干旱的敏感性差异。结果表明:水分利用效率(WUE)与土壤含水量(SWC)呈显著的指数关系,气孔导度(G_(s))、最大羧化速率(V_(cmax))和磷酸丙糖利用率(TPU)与SWC呈显著的线性关系,其余特征参数与SWC均呈显著的二次曲线关系,且在干旱胁迫下叶片尺度的特征参数最先出现下降响应;饱和光强下叶片净光合速率(A_(sat))、蒸腾速率(E)、最大电子传递速率(J_(max))、PSⅡ的有效光化学量子产量(Fv′/Fm′)、PSⅡ的实际光化学效率(ΦPSⅡ)和生态系统净碳交换(NEE)均存在水分阈值;在干旱过程中,Gs、WUE、Vcmax、TPU、生态系统呼吸速率(Re)和生态系统总初级生产力(GEP)最先开始下降,E、NEE和Jmax的整体变化速率较快;导致石生针茅叶片光合速率下降的主要原因由气孔限制转为非气孔限制时的SWC为14.73%,而石生针茅生态系统由碳汇转变为碳源的SWC为7.85%。可见,石生针茅生态系统的碳交换与土壤含水量密切相关,且土壤极端干旱显著降低了其碳吸收。

石生针茅荒漠草原地上生物量预测模式的初步研究

石生针茅荒漠草原生物量增大模式概括为S型曲线、秋季急增型曲线和双峰型曲线。生物量增长与降水量分配规律一致。将牧草当年可利用降水量划分为“生物学年度降水量”,克服了生长季降水量及气象学“年降水量”的缺陷,并以生物学年度降水量为依据建立了生物量预测模式,可用来预测年最高生物量。