在全球气候变化背景下，干旱与半干旱生态系统的水循环和碳循环过程备受关注。近日，中国科学院地球化学研究所洪冰研究员课题组，通过对我国新疆巴音布鲁克草原生态系统的长期连续观测与实验模拟研究，揭示了该地区水汽通量、碳通量及生态系统呼吸对气候变化的响应机制，为探讨全球变化下的生态反馈提供了科学依据。
基于2017年至2021年的涡度相关观测数据，研究团队发现巴音布鲁克高寒草地每年向大气释放约1432毫米水汽，高于年降水量，表明该草地是水汽的净源区。研究显示，该地区水汽通量具有明显的季节与日变化规律，即生长季通量高于非生长季，日峰值出现在下午2:30左右。小波分析与主成分分析显示，太阳辐射、气温、土壤温度和饱和水汽压差是控制水汽通量的主要环境因子。尽管降水量和温度在五年间没有显著增加，年蒸散量却以每年100毫米的速度上升，表明气候变暖正在加剧该地区的水分亏缺，推动干旱化进程。
在碳通量方面，团队通过研究巴音布鲁克草原生态系统呼吸（ER）发现，ER呈现显著的双峰日变化特征，季节动态以8月最高、12月底最低。2018年全年ER总量为678 g C m-2，非生长季贡献13%。土壤5 cm温度与土壤含水量是控制ER季节变化的主控因子，日变化更多受气温和太阳辐射驱动。研究表明，ER的温度敏感性在低温和中等含水量条件下最高。
团队通过使用开顶箱（OTC）模拟增温情景，结合全年连续观测，聚焦巴音布鲁克高寒湿地的碳循环过程发现：OTC使空气温度升高0.5℃，土壤温度升高1.1℃，土壤含水量降低2.01%；增温导致ER通量增加33%，年ER总量达678 g C/m2，其中87%发生在生长季；ER对温度的敏感性在低温和中等含水量条件下最高，增温后敏感性从6.68升至8.16，表明碳释放对温度升高的响应更剧烈。
以上观测表明，水热耦合作用是调控高寒生态系统水碳循环的重要机制。水分可利用性与温度变化共同影响植被蒸腾、土壤蒸发与微生物呼吸，进而调节整个系统的能量与物质交换。草地蒸散发加剧与湿地呼吸增强，可能在中亚干旱区引发更严峻的水资源短缺与碳释放风险，这对未来区域生态安全与气候适应性管理提出了新挑战。
这一研究揭示了巴音布鲁克草原生态系统水碳通量的时空动态及其环境驱动机制，强调了长期连续观测和控制实验在预测气候-生态反馈方面的重要性。同时，该工作填补了中亚干旱区高寒生态系统长期连续观测数据的空白，为区域气候模型与碳循环模型提供了关键参数，深化了科研人员对陆地生态系统水碳耦合过程的认知。
相关研究成果发表在《水文学杂志》（Journal of Hydrology）、《第四纪研究》（Quaternary Sciences）、《植物生态学报》（Journal of Plant Ecology）上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院战略性先导专项（B类）的支持。
论文链接：1、2、3
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