北京油松人工林多资源利用效率环境驱动机制及干旱响应规律OACHSSCD

人工林生态系统的质量和稳定性是全球关注的焦点,其生态系统资源利用效率是评价生态系统质量和稳定性的重要指示指标,但其资源利用效率过程及其机制仍不明了,研究旨在阐明油松(Pinus tabulaeformis)人工林资源利用效率驱动机制及其相互关系,以期为人工林生态系统应对气候变化的适应性管理提供科学支撑。以北京密云成熟油松人工林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术,对其2021—2024年碳通量和水汽通量及其生物环境因子进行连续原位监测,分析其生态系统的碳利用效率(CUE)、光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)时间变化特征,及其对植被-气象-土壤多重因子的响应,并探究三种资源利用效率(RUEs)间的关系。(1)日内变化和季节变化上,WUE、LUE和CUE总体呈“U”型曲线,生长旺季(6—8月)WUE、LUE、CUE日均值分别为4.49 g C/kg H2O、1.18 g C/MJ、0.76。油松人工林生态系统表现为碳汇,WUE和CUE间存在显著权衡关系,LUE和WUE之间存在显著协同关系。(2)光合有效辐射(PAR)对CUE和LUE均有显著负影响(P<0.05),归一化植被指数(NDVI)和冠层气孔导度(gs)分别是驱动CUE和LUE的主导生物因子,土壤含水量(SWC)是正向驱动LUE的主导环境因子。随着时间尺度(1、7、30 d)的增加,NDVI对CUE的负影响逐渐增强,饱和水汽压差(VPD)对CUE的负影响逐渐减弱,LUE与VPD、SWC的相关性逐渐增强。(3)研究区CUE、LUE、WUE的变化分别由总初级生产力、吸收性光合有效辐射和蒸散发主导。CUE对空气温度、NDVI的响应存在阈值,分别为14℃和0.20,WUE对SWC的响应阈值为0.16 m3/m3。(4)高温和干旱期间CUE和LUE降低,WUE增加。油松人工林生态系统倾向优先选择增加水分利用效率以应对未来气候暖干化,可通过调控土壤水分和群落结构减少光抑制,增加碳同化能力,实现“水-光-碳”协同增效。