表征不同生长期的作物CO2通量及其对非生物和生物因素的响应，对于研究农田生态系统碳平衡如何适应未来气候变化和管理实践至关重要。本研究基于华北平原冬小麦-夏玉米轮作农田的长期（2003-2018）CO2通量、气象数据和叶面积指数，探讨了不同生长时期CO2通量与驱动因素（即非生物和生物因素）的关系。随机森林模型表明，从播种到成熟期，叶面积指数均是小麦季农田CO2通量的最重要驱动因素。4个不同生长期的净生态系统生产力（NEP）与叶面积指数、光合有效辐射和土壤含水量呈显著正相关。空气温度与生态系统呼吸（ER）呈正相关，叶面积指数和光合有效辐射与总初级生产力（GPP）呈正相关。在玉米季，随机森林模型揭示了叶面积指数、光合有效辐射和土壤含水量是农田CO2通量的重要驱动因素。在抽穗到成熟和播种到成熟的两个生长时期，净生态系统生产力和总初级生产力与降水量呈显著负相关。除了拔节到抽穗这段生长期外，空气温度与生态系统呼吸呈正相关，土壤含水量与净生态系统生产力和总初级生产力呈正相关。研究结果深入探讨了小麦-玉米轮作系统在不同生长时期的CO2通量特征及其影响机制，这对预测气候变化下农田生态系统的碳循环至关重要。
小麦VGP1W的NEP和玉米VGP1M的NEP分别为-41.91±5.69 g C m-2和-56.01±8.21 g C m-2，其他生育期的NEP都为正值。虽然玉米的生长季长度短于小麦，但玉米在 WGPM 中的ER 要高于小麦在 WGPW 中的ER。在小麦季，SWC 是 WGPW 中 GPP 的最重要驱动因素。此外，在影响其他生长期的二氧化碳通量方面，LAI 比非生物因素更为重要。提高 VPD 和 Ts 会降低 VGP1W 和 RGPW 的 NEP，而提高 LAI、PAR 和 SWC 则会提高碳吸收。在玉米生长季，LAI 是影响 VGP1M 和 WGPM 中二氧化碳通量的最重要驱动因素。在 VGP2M 和 RGPM 中，NEP 和 GPP 更多地取决于 PAR、LAI 和 SWC。在 VGP2M 中，SWC 是影响 ER 的最重要因素，Ta 上升将增加碳排放。气候变暖提高了小麦和玉米在营养生长后期和整个生长期的光合生产力。在生殖生长期和整个生长期，更多的 PPT 可能会导致生态系统碳吸收量下降。NEPmax、ERmax 和 GPPmax驱动了 NEP、ER 和 GPP 的年际变化、 这突出了生理指标（即NEPmax、ERmax和GPPmax）在控制冬小麦-夏玉米CO2通量年际变化中的重要性。团队接下来的工作将继续研究如何改进田间管理方法，从而减轻气候变化对农田碳循环的影响。
图1（a,c,e）冬小麦在VGP1W、VGP2W、RGPW和WGPW四个不同生育期CO2通量（b,d,f）夏玉米在VGP1M、VGP2M、RGPM和WGPM四个不同生育期CO2通量。
图2 （a）冬小麦在VGP1W、VGP2W、RGPW和WGPW四个不同生育期CO2通量的随机森林模型中变量的重要性。（b）夏玉米在VGP1M、VGP2M、RGPM和WGPM四个不同生育期CO2通量的随机森林模型中变量的重要性。
该论文以“Seasonal variations and driving mechanisms of CO2 fluxes over a winter-wheat and summer-maize rotation cropland in the North China plain”为题发表于国际学术期刊Agricultural and Forest Meteorology (Q1,IF=6.2)，收录于ChinaFLUX20周年专刊“Carbon, nitrogen and water fluxes of terrestrial ecosystems in China”，论文第一作者为中国科学院地理科学与资源研究所在读博士生岳泽伟，通讯作者为中国科学院地理科学与资源研究所李发东研究员。研究受到国家自然科学基金项目(U1906219, U2006212, 41771292, 42007155)资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109699