近日，水保學院鹽池站查天山教授帶領的生態監測與模擬團隊在農林領域頂級期刊Agricultural and Forest Meteorology，發表了關于荒漠生態系統碳循環過程與調控機理的研究論文“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境因素的共同影響。然而，其影響路徑與相對關系仍不清楚。研究團隊依托寧夏鹽池毛烏素沙地生態系統國家定位觀測研究站的多年原位連續監測和定期觀測數據，采用機器學習和隨機森林（Random Forest）量化了葉性狀與環境變量對油蒿灌叢生產力（GEP）的影響，利用偏依賴關系圖與結構方程模型解析其潛在的影響路徑及相對重要性。
研究發現，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與葉片氮含量呈現顯著負相關，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構的建立，從而減少了分配到光合相關結構上的比例。在成熟期，葉片暗呼吸速率（Rd）、氣孔導度（Gs）和光補償點（LCP）主導GEP的變化。油蒿通過控制氣孔和改變比葉面積（SLA）等策略，適應高輻射、大氣和土壤干旱等環境脅迫。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境因素對GEP調控機制的差異，導致了GEP的季節動態變化。研究揭示了荒漠植被在應對干旱、高輻射和氮缺乏等脅迫時生理響應機制，同時強調了在預測生態系統碳循環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、生物和環境因子與GEP之間的因果（直接/間接）關系
我校水保學院博士畢業生靳川為論文第一作者，查天山教授和海南大學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（加拿大）Charles P.-A. Bourque教授以及生態監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基金項目（32071842、32101588和32071843）的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2024.110133
