微气候压力因素对德国东部农业生态系统碳动态的影响

摘要：温度上升和降水模式变化可能导致水量平衡变化。这可能增加干旱条件的频率，对农业碳吸收产生重大影响。了解能量、水和碳通量之间复杂的相互作用及其与植被的耦合，对于表征在持续气候变化下农业生态系统中的碳动态至关重要。本研究探讨了这些相互关系，着重分析微气候条件和土壤水分水平如何在2023年3月至2024年11月期间影响德国一个灌溉苹果树果园（农业区域）的碳动态。我们使用安装在苹果树上的涡度协方差通量塔对碳通量进行了量化，即总初级生产力（GPP）和生态系统呼吸（Reco），并在不同气候条件下检验了GPP的变异性。使用生态系统限制指数（ELI）来表征能量和水限制的状态，并分析了一次闪电干旱事件对GPP的影响。结果表明，GPP受到蒸汽压缺陷（VPD）的显著影响。在能量限制条件下，中等水平的净辐射（Rn）和足够的土壤水分含量（SWC）增强了GPP。相反，高Rn和VPD结合低SWC的水限制条件减少了GPP，这是由于陆地与大气之间的强耦合。在闪电干旱事件期间，低SWC和高VPD的同时发生耗尽了土壤水分可用性，恶化了植物水分胁迫，进一步抑制了GPP。研究结果显示，灌溉无法完全减轻这些影响，突显了农业系统对极端气候压力的脆弱性。本研究强调了在水限制条件下，SWC和VPD耦合在调节碳吸收中的关键作用。随着气候变化，闪电干旱事件的频率变得越来越高，其对碳动态的影响可能显著减少农业生态系统的碳吸收潜力。图形摘要