碳水耦合机制

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1、第27卷第1期地理科学进展Vol.27，No.12(X)8年01月Jan.，2(X)8PROGRESSINCEOGRAPHY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，北京1001012.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

2、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

3、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

4、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

5、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4)植物体内的碳一水藕合过程:该过程以碳一水间的生化反应为藕合节点，主要表现为碳水间的化合反应和植物体内水分循环对碳水化合物的运输陆地生态系统碳循环和水循环是受植被、土收稿日期:2007一10;修订日期:2008刁1.基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCXZ一YW礴32)资助。作者简介:赵风华(1979一)，男，博士生，主要从事陆地生态系统

6、碳、水过程研究。E一Inail:zhaDfh.04b@igsnrr.ac.cn万方数据1期赵风华等:陆地生态系统碳一水藕合机制初探·33·大气大气东{毅刀月叉匀____________........⋯⋯r{、、、妞植被食物生物l.纤维能源产洲曰尸一l采海地洋表主妞水水化石植电勿水碳水化合物燃料门r了引。，，:，.，‘至墓覆被菇’、子、、，1------一~一~..-.⋯⋯，..........，澳水土壤有机碳土坡水循环与水资源系统}碳碳循循环环与与食食物物、、能能源源系系统统”.}图1陆地生态系统碳一水藕合关系Fig.IThecouPledcad用nandwatercycle

7、sinte能strialeco叮stem作用。北平原冬小麦返青到收获期间总初级生产力与蒸相应的，以上4个藕合过程的藕合节点可以分散量比值为4.67~6.12邪kg一IH刃，按照生化祸合中别称作土壤一植被节点、植被一大气节点(气孔节111的碳/水摩尔比例关系可以推算出生化藕合的水点)、土壤一大气节点和生化节点。在这4个藕合节量占总蒸散量的比例为0.7%一0.9%。虽然生化藕合点中，由于植被一大气间的co:和水汽交换是陆地的水量很少，但是祸合的碳量却是生态系统初级生生态系统碳、水通量的主要组分，