干旱區(qū)約占全球陸地面積的45%，但對陸地生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力（GPP）的貢獻(xiàn)僅為6.4%，對碳儲量的貢獻(xiàn)僅為8.9%。因此，傳統(tǒng)觀點認(rèn)為干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)對全球二氧化碳減排貢獻(xiàn)有限。但越來越多證據(jù)表明：干旱區(qū)草地和灌木等典型生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出弱或中度的碳匯能力，但碳源/匯格局在不同物種、氣象和水文條件下存在很大的不確定性。20世紀(jì)70年代末以來，我國開展了大規(guī)模的人工植被建設(shè)，這一舉措明顯提升了生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。但有研究認(rèn)為：干旱區(qū)人工植被建設(shè)在提高碳儲量的同時必將消耗更多的水分，從而進(jìn)一步加速干旱區(qū)水資源短缺。梭梭被稱為“沙漠中的森林”，是一種多年生耐旱耐鹽的C4灌木，且因在其根部能寄生肉蓯蓉的特性，使其不僅有防風(fēng)固沙作用，而且會產(chǎn)生經(jīng)濟效益。因此，確定荒漠梭梭人工林碳源/匯格局及其與水分利用關(guān)系對干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)樹種選擇和地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展均具有十分重要的意義。 

　　中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院（以下簡稱西北研究院）阿拉善荒漠生態(tài)水文試驗研究站生態(tài)水文研究團隊長期從事干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)領(lǐng)域的研究工作，其團隊成員以我國阿拉善荒漠區(qū)人工梭梭林作為研究對象，利用渦度相關(guān)技術(shù)在騰格里沙漠北緣連續(xù)測定了人工梭梭林的碳、水通量，同時結(jié)合氣象和水文要素觀測發(fā)現(xiàn)：2021年全年的實際蒸散發(fā)量（ET）為189.5 mm，降水結(jié)合凝結(jié)水大致能夠滿足這一生態(tài)需水；總初級生產(chǎn)力（GPP）和生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）分別為598.7和152.3 g C m-2 yr-1，凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP）高達(dá)446.4 g C m-2 yr-1，遠(yuǎn)高于周圍其他灌木林（如花棒和檸條），表明該生態(tài)系統(tǒng)是一個強碳匯；隨機森林分析表明，環(huán)境因子對GPP和ET的總貢獻(xiàn)率分別為71.56%和80.07%（圖1）。但是，不同環(huán)境因子對GPP和ET的影響存在差異（圖2）。結(jié)構(gòu)方程模型分析表明：土壤水熱因子（土壤含水量和土壤溫度）決定ET和Re的大小和季節(jié)格局，而空氣動力學(xué)因子（凈輻射、大氣溫度和風(fēng)速）決定了GPP和NEP（圖3）?？傊?，非生物因子的異質(zhì)性響應(yīng)決定了荒漠人工梭梭林碳、水通量的解耦。研究表明，梭梭具有低耗水和高固碳的特性，是干旱區(qū)尤其是沙區(qū)大規(guī)模人工植被恢復(fù)的適宜灌木樹種。該研究將為干旱區(qū)植被建設(shè)在我國“碳中和”戰(zhàn)略中的重要地位提供科學(xué)依據(jù)。 

　　該成果于2023年6月15日以Divergent response to abiotic factor determines the decoupling of water and carbon fluxes over an artificial C4 shrub in desert為題在線發(fā)表于環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域TOP期刊Journal of Environmental Management（中科院一區(qū)，IF = 8.91），西北研究院副研究員魚騰飛為第一作者兼通訊作者。該研究獲中國科學(xué)院“西部之光”項目、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技項目、阿拉善盟科技計劃項目、阿拉善盟林業(yè)和草原局自治項目和甘肅省自然科學(xué)基金共同資助。 

圖1 荒漠梭梭人工林碳水通量變化及其環(huán)境因子的貢獻(xiàn)

圖2 梭梭人工林碳（GPP）和水（ET）通量對環(huán)境因子（凈輻射Rn、氣溫Ta、風(fēng)速WS和10cm深度土壤含水量VWC10）的響應(yīng)過程

圖3 結(jié)構(gòu)方程模型所揭示梭梭人工林碳水通量與環(huán)境因子的關(guān)系