近日，水保學(xué)院鹽池站查天山教授帶領(lǐng)的生態(tài)監(jiān)測與模擬團隊在農(nóng)林領(lǐng)域頂級期刊Agricultural and Forest Meteorology，發(fā)表了關(guān)于荒漠生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程與調(diào)控機理的研究論文“Ecosystem-scale carbon dynamics in desert Shrublands: Unraveling the complex interplay among leaf functional and physiological traits and environment”。
冠層光合作用受到葉片性狀與環(huán)境因素的共同影響。然而，其影響路徑與相對關(guān)系仍不清楚。研究團隊依托寧夏鹽池毛烏素沙地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站的多年原位連續(xù)監(jiān)測和定期觀測數(shù)據(jù)，采用機器學(xué)習(xí)和隨機森林（Random Forest）量化了葉性狀與環(huán)境變量對油蒿灌叢生產(chǎn)力（GEP）的影響，利用偏依賴關(guān)系圖與結(jié)構(gòu)方程模型解析其潛在的影響路徑及相對重要性。
研究發(fā)現(xiàn)，展葉期GEP主要受最大羧化速率（Vcmax）限制，而對土壤含水量（SWC）的變化不敏感。同時，GEP與葉片氮含量呈現(xiàn)顯著負相關(guān)，這表明油蒿對氮資源利用采取保守策略，將大量氮資源分配到光保護結(jié)構(gòu)的建立，從而減少了分配到光合相關(guān)結(jié)構(gòu)上的比例。在成熟期，葉片暗呼吸速率（Rd）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和光補償點（LCP）主導(dǎo)GEP的變化。油蒿通過控制氣孔和改變比葉面積（SLA）等策略，適應(yīng)高輻射、大氣和土壤干旱等環(huán)境脅迫。在落葉期，GEP受到最大電子傳遞速率（Jmax）限制，這主要源于葉綠素降解和氮的重吸收，導(dǎo)致光捕捉色素受損和光合電子傳遞鏈的破壞。
綜上，不同物候時期葉性狀與環(huán)境因素對GEP調(diào)控機制的差異，導(dǎo)致了GEP的季節(jié)動態(tài)變化。研究揭示了荒漠植被在應(yīng)對干旱、高輻射和氮缺乏等脅迫時生理響應(yīng)機制，同時強調(diào)了在預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)時納入葉性狀變量的重要性。
圖1 不同物候時期下各變量對GEP的相對重要性
圖2 葉片光合生理、生物和環(huán)境因子與GEP之間的因果（直接/間接）關(guān)系
我校水保學(xué)院博士畢業(yè)生靳川為論文第一作者，查天山教授和海南大學(xué)胡中民教授為共同通訊作者。論文合作者還包括新布倫瑞克大學(xué)（加拿大）Charles P.-A. Bourque教授以及生態(tài)監(jiān)測與模擬研究組的研究人員。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金項目（32071842、32101588和32071843）的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2024.110133
