近日，水保学院查天山教授带领的生态监测与模拟团队在农林领域顶级期刊Agricultural and Forest Meteorology，发表了关于荒漠生态系统碳循环过程与调控机理的研究论文“Ecosystem-scale carbon dynamics in desert Shrublands: Unraveling the complex interplay among leaf functional and physiological traits and environment”。
冠层光合作用受到叶片性状与环境因素的共同影响。然而，其影响路径与相对关系仍不清楚。研究团队依托宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站的多年原位连续监测和定期观测数据，采用机器学习和随机森林（Random Forest）量化了叶性状与环境变量对油蒿灌丛生产力（GEP）的影响，利用偏依赖关系图与结构方程模型解析其潜在的影响路径及相对重要性。
研究发现，展叶期GEP主要受最大羧化速率（Vcmax）限制，而对土壤含水量（SWC）的变化不敏感。同时，GEP与叶片氮含量呈现显著负相关，这表明油蒿对氮资源利用采取保守策略，将大量氮资源分配到光保护结构的建立，从而减少了分配到光合相关结构上的比例。在成熟期，叶片暗呼吸速率（Rd）、气孔导度（Gs）和光补偿点（LCP）主导GEP的变化。油蒿通过控制气孔和改变比叶面积（SLA）等策略，适应高辐射、大气和土壤干旱等环境胁迫。在落叶期，GEP受到最大电子传递速率（Jmax）限制，这主要源于叶绿素降解和氮的重吸收，导致光捕捉色素受损和光合电子传递链的破坏。
综上，不同物候时期叶性状与环境因素对GEP调控机制的差异，导致了GEP的季节动态变化。研究揭示了荒漠植被在应对干旱、高辐射和氮缺乏等胁迫时生理响应机制，同时强调了在预测生态系统碳循环时纳入叶性状变量的重要性。
图1 不同物候时期下各变量对GEP的相对重要性
图2 叶片光合生理、生物和环境因子与GEP之间的因果（直接/间接）关系
北京林业大学水保学院博士毕业生靳川为论文第一作者，查天山教授和海南大学胡中民教授为共同通讯作者。论文合作者还包括新布伦瑞克大学（加拿大）Charles P.-A. Bourque教授以及生态监测与模拟研究组的研究人员。该项工作得到了国家自然科学基金项目（32071842、32101588和32071843）的资助。
