碳水耦合机制.pdfVIP

第27卷 第1期 地 理 科 学 进 展 Vol.27，No.1 2(X)8年01月 Jan.，2(X)8 PROGRESSINCEOGRAPHY 陆地生态系统碳一水藕合机制初探 赵风华，’‘，于贵瑞’ (1.中国科学院生态系统网络观测与模拟重点实验室.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101 2.中国科学院研究生院，北京1(X洲)39) 摘 要:陆地生态系统的碳循环和水循环是当前全球变化研究的热点。大量的研究已经表明两者之间具有密切的 藕合作用。但是目前对于两者的藕合关系和藕合机制还缺乏系统的分析和总结。本文在综合相关研究的基础上，对 陆地生态系统碳一水藕合的基本过程和基本作用机制作了概括。我们认为陆地生态系统碳一水藕合过程共包括土 壤一植被节点、植被一大气节点(气孔节点)、土壤一大气节点和生化节点4个碳一水祸合节点。碳一水间的生化反应、气 孔对光合一蒸腾的共同控制和优化调控作用、生态系统对碳、水循环的同向驱动机制分别是陆地生态系统碳一水藕 合的生物化学、生物物理学和生态学基础，共同构成了碳一水藕合的基本作用机制。我们还用水分利用效率(wuE) 概念对碳一水藕合过程中的碳/水藕合比例关系作了探讨。 关 键 词:碳循环;水循环;水分利用效率;陆地生态系统;全球变化 1引言 壤、大气多种生物与环境因子共同控制的生态学过 程。根据碳和水在土壤一植被一大气连续体(SPAC) 以大气中CO:浓度增加为主要特征的 “碳问 中的运动过程，我们可以将两者间的祸合作用划分 题”(Carbonissue)和以淡水资源短缺为主要特征的 为4个基本过程(图1)。 水“问题”(waterproblem)引发了全世界陆地生态系 1)土壤一植被间的碳一水藕合过程:该过程的主 统碳循环和水循环研究的热潮[lq。陆地生态系统的 要藕合节点是根系和土壤，主要表现为根系对土壤 碳循环与水循环并不是彼此孤立的，而是两个密切 水分的吸收与根系呼吸的同时发生、根系一土壤间 联系、相互藕合的生态学过程，两者间的藕合关系 HC仇+等含碳素离子交换对水分环境的要求、根系 应该成为碳、水循环和生态系统碳、水管理研究的 和地上凋落物对土壤碳库的补充及其分解过程对 重点之一13，q。当前，陆地生态系统的碳、水循环研究 水分条件的依赖等。 很多11闷，但是大多数是将碳、水循环分开研究的，对 2)植被一大气间的碳一水祸合过程:该过程以气 两者的藕合关系进行系统分析的还不多;或者只是 孔为主要祸合节点，主要表现为植被一大气间C02 局限于某一尺度，缺乏对多尺度碳一水藕合关系的 和水汽的交换过程即光合和蒸腾作用之间的密切 全面分析叼。本文在对当前碳、水循环相关研究进 联系和气孔主导下的祸合作用。 行系统分析的基础上，对陆地生态系统碳一水藕合 3)土壤一大气间的碳一水藕合过程:该过程以土 的基本过程、基本机制和基本数量特征进行了初步 壤一大气界面为祸合节点，主要表现为土壤的水分 总结，以期为陆地生态系统碳一水祸合研究提供基 蒸发与土壤的Co:排放的同时发生、土壤水分条件 本的理论支持。 对土壤蒸发和土壤呼吸的共同控制，还有降水事件 对土壤中CO:气体的排出效应等。 2陆地生态系统碳一水藕合基本过程