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        莫興國研究團隊建立VIP新植物水力學模塊發表在Water Resources Research

          生態系統水碳通量的精確建模對于更好地理解植被對干旱響應的生理機制至關重要。當前的生態系統水碳通量模型通常忽略植物水動力學過程,僅使用經驗性的土壤水分脅迫函數來表征干旱對水碳通量的影響,這種方案可能會造成生態系統水碳通量模擬出現如下三種不確定性。首先,缺乏統一的土壤水分脅迫經驗函數形式,容易引起不同模式間模擬結果的差異。其次,無法捕捉土壤水分供應和大氣水分需求之間復雜的非線性相互作用,這可能無法捕捉干旱對水碳通量模擬的真實影響。最后,未能求解植物內部水分狀態的變化,忽略了植物水力特征(例如水容)在調節植被-大氣水碳通量中的作用。 

          為此,莫興國研究組在1998年問世、已在全球各氣候區、不同生態系統和流域得到廣泛應用的自主開發的VIP(Vegetation Interface Processes)分布式生態水文動力學模型中,構建了植物水動力學新模塊(以下簡稱VIP-PHS)。該新模塊的主要特點和優勢為:(1)同時考慮了葉水容和莖水容對植物水通量的調節作用;(2)以植物內部水分狀態(葉水勢)代替土壤水分來表征植物水分脅迫;(3)與其他通過迭代水勢進行數值求解的植物水力學模塊不同,該模塊提供了一個計算效率更高的解析解,極大地方便了植物水力學方案在區域尺度建模中的應用。 

          采用全球30個FLUXNET站點數據對VIP-PHS和經驗性土壤水力方案(以下簡稱VIP-SHS)模擬的蒸散(ET)和第一生產力(GPP)及其對干旱的響應進行評估。發現:與VIP-SHS相比,VIP-PHSET和GPP模擬均方根誤差(RMSE)分別降低了0.02-0.27 mm day-1和0.04-0.52 g C m-2 day-1。模擬效率的提高在常綠針葉林中尤其顯著,可使ET和GPP的RMSE分別降低45%和55%。VIP-PHS顯著降低了ET和GPP對土壤水分脅迫的敏感性,提高了低土壤水分條件下ET和GPP的預測精度。敏感性分析表明,植物莖水容越大,日最小莖水勢越大(負值越?。?,木質部水分脅迫緩解效果越好,為ET和GPP提供的可利用水越多。這些發現進一步展示了在未來氣候變化和極端干旱條件加強的情景下將植物水力學納入下一代地球系統模型的必要性。 

          該成果發表于Water Resources Research,第一作者為中國科學院地理科學與資源研究所謝舒笛直博士,通訊作者為導師莫興國研究員,合作者為劉蘇峽研究員和胡實副研究員。本研究受國家重點研發計劃和國家自然科學基金項目資助。 

            

          論文信息: 

          Xie, S., Mo, X., Liu, S., & Hu, S. (2023). Plant hydraulics improves predictions of ET and GPP responses to drought. Water Resources Research, 59, e2022WR033402. 

            

          論文鏈接:https://doi.org/10.1029/2022WR033402  

          1 VIP-PHS植物水力學模塊示意圖 

          2 VIP-PHSVIP-SHS顯著提高了低土壤水分條件下ETGPP的預測效果 

         


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