陆地生态系统碳循环和水循环相互耦合的两个关键生态水文过程。水分利用效率（WUE）是表征水、碳耦合过程及其权衡关系的重要指标。生态系统尺度水、碳循环过程极其复杂，而山地带谱的水、碳过程和WUE受气候和植物生理过程等共同影响，其时空变异机制仍然存在认识的不足。暗针叶林是北半球亚高山的典型植被，也是我国西南地区亚高山的代表性植被，其具有山地海拔梯度分布范围广、木材蓄积量大和固碳能力强等特点。全球变化研究指出，亚高山是气候变化的高度敏感区，而亚高山暗针叶林又是对气候变化响应敏感的植被类型。因此，揭示亚高山暗针叶林WUE的时空格局及其影响机制，对科学评估和指定应对气候变化的策略具有重要意义。
以贡嘎山海拔2800~3700m的暗针叶林为研究对象，利用叶片δ13C同位素和AVIM2模型相结合的方法，系统分析了区域内暗针叶林的WUE变化特征。结果表明，结果表明，生长季的WUE大于非生长季。固碳和蒸散发对气象要素（如月降水量、空气温度、VPD和净辐射）的差异性响应关系决定了WUE的月变化（图1）。随着海拔的升高，暗针叶林的固碳能力（如：GPP和NPP）和蒸散发（总蒸散发和蒸腾）均降低，但是蒸散发减小的速率显著大于固碳能力降低的速率，因此生态系统尺度WUE（GPP/ET或NPP/ET）随海拔梯度增加而增大。但是，冠层尺度WUE（GPP/Et或NPP/Et）仅在海拔2800~3500m表现为增加趋势（图2）。林冠截留与总蒸散发的比值决定了生态系统尺度和冠层尺度WUE不同的海拔梯度变化规律。海拔梯度上，空气温度对GPP和蒸腾变化的贡献比例分别为79.27％和68.66％。但是，空气温度和ci/ca（细胞间和空气中CO2浓度的比值）对GPP/Et海拔梯度变化的贡献率分别为50.67％和47.67。固碳和蒸散发对气候和生理变量的差异性响应决定了生态系统WUE的时空格局。进一步研究发现，全球多数区域的暗针叶林WUE均具有随海拔梯度增加而增大的现象，但把这些结果放在一起进行分析时，并无限制性的全球性海拔梯度变异规律，因此认为简单的meta分析不能揭示区域的暗针叶林WUE变异规律（图3）。论文发表在水文学主流期刊Journal of Hydrology，第一作者是孙向阳副研究员，通讯作者王根绪研究员。上述工作得到国家自然科学基金，中科院前沿科学重点研究计划和山地所135项目资助。
图1 GPP和蒸散发对气象因子的响应规律
图2 海拔梯度上冠层尺度（a）和生态系统尺度（b）WUE变化规律
图3 全球尺度峨眉冷杉WUE海拔梯度变化规律
论文出处：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022169419311242