《Agricultural and Forest Meteorology》：Carbon dioxide and water vapour fluxes in a heathland and an evergreen forest in the temperate zone under contrasting annual and seasonal meteorological and environmental conditions
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本研究针对温带石楠荒地生态系统的环境调节功能研究不足的问题，研究人员利用涡度相关（EC）技术，对比了比利时温带地区以欧石楠（Calluna vulgaris L.）为主的荒地和以欧洲赤松（Pinus sylvestris L.）为主的森林在2021-2023年间CO2和水汽通量的季节与年际变化。研究发现，相比森林，石楠荒地的固碳潜力低于预期但对干旱响应更敏感，而因其较低的蒸散量，地下水补给能力更强。该研究为理解石楠荒地在环境调节中的独特服务提供了关键数据。
在我们赖以生存的地球上，森林被誉为地球之肺，是吸收二氧化碳、调节气候的关键角色。然而，在广阔的陆地上，除了森林，还有许多形态各异的生态系统，它们同样在与大气进行着气体和水分交换，默默地影响着我们的气候。在欧洲的温带地区，有一类独特而受保护的生态系统——石楠荒地。它们虽然占据着不小的面积，但科学家们对其“呼吸”和“水循环”的了解却远不如森林那般清晰。尤其是在全球气候变化导致极端天气（如夏季干旱）频发的背景下，这些以低矮灌木为主的荒地，与高大的森林相比，在固碳、保水等关键生态服务上到底谁更胜一筹？面对干旱，谁又能展现出更强的“抗旱”能力？为了解答这些疑问，来自比利时的研究团队在《Agricultural and Forest Meteorology》上发表了一项为期三年的对比研究。
为了精确比较，研究人员在位于比利时Campine地区的一片典型石楠荒地和一片欧洲赤松林中，建立了两座集成碳观测系统（ICOS）的通量监测站。从2021年到2023年，他们使用涡度相关（Eddy Covariance, EC） 技术，像一个高精度的“气象雷达”，持续监测了这两个地点与大气交换的CO2和水汽通量。这三年恰好覆盖了不同的气候条件：2022年夏季经历了严重干旱，而2021和2023年夏季湿润但春季干燥。通过这套系统获取的半小时级通量数据，结合同步的气象观测（空气温度、降水、土壤含水量等），研究人员得以构建出两个生态系统详细的碳水平衡账本。他们计算了年度净生态系统交换（NEE）、总初级生产力（GPP）和生态系统呼吸（Reco）来评估碳收支，并分析了蒸散（ET）和深层渗漏（QL）来理解水分循环。最后，他们通过比较水分利用效率（WUE, 即GPP与ET的比值）来衡量生态系统“用水”的效率。
研究结果：
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3.1. 气象与环境变量：尽管两地气候相似，但荒地的土壤含水量始终低于森林。尤其是在2022年夏季干旱期间，荒地土壤含水量下降更为明显，表明其水分状况对干旱更敏感。
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3.2. 季节与年际CO2通量：森林的年均净碳交换（NEE）为净吸收（-216 ± 61 gC m-2y-1），是一个持续的碳汇。相比之下，荒地由于相对老龄的植被，在三年研究中年均表现为一个微弱的碳源（29 ± 9 gC m-2y-1）。森林的总初级生产力（GPP）和生态系统呼吸（Reco）均显著高于荒地。干旱对两个系统的碳吸收都产生了影响，但荒地碳汇活动的停止更为突然和剧烈。
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3.3. 季节与年际水汽通量：森林的年均蒸散量（480 mm）显著高于荒地（396 mm）。相应地，荒地由于蒸散损失较少，其深层渗漏量（QL, 519 mm y-1）显著高于森林（403 mm y-1），这意味着荒地能为地下水补给提供更多的水。干旱期间，森林仍保持了较高的蒸散，而荒地的蒸散则急剧下降。
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3.4. 季节与年际水分利用效率：在整个生长季，森林的水分利用效率（WUE, 4.0 gC m-2mm-1H2O）始终显著高于荒地（2.6 gC m-2mm-1H2O）。这表明森林每消耗单位水量固定的碳更多。干旱对森林WUE的负面影响更为显著，而荒地则表现出更快的恢复迹象。
研究结论与意义：
这项研究通过连续三年的高精度监测，首次系统地比较了温带石楠荒地与邻近常绿森林的碳水平衡动态，揭示了它们在生态系统服务上的显著差异与权衡。森林凭借更高的光合能力和更深的根系，是更强的碳汇，并且在用水效率上更具优势。然而，石楠荒地虽然固碳潜力有限，甚至可能因植被老化而成为碳源，但其较低的蒸散需求使其成为更重要的地下水补给区，这对于区域水资源管理具有关键价值。尤为重要的是，研究发现荒地生态系统对干旱的反应比森林更为敏感，响应更早，但其恢复速度也可能更快。这一发现挑战了人们关于灌木生态系统比森林更耐旱的普遍假设。该研究不仅填补了石楠荒地生态系统通量研究的空白，还为综合评估不同生态系统在固碳、水源涵养等环境调节服务方面的价值提供了科学依据。在未来面临更频繁的干旱胁迫时，如何管理和保护这些不同的生态系统，以实现碳固存、水资源供给和生物多样性保护等多重目标的优化，将是土地管理和气候变化适应政策需要深思熟虑的问题。
