图1：2017-2019年的冠层导度和Priestley–Taylor系数ɑ、蒸发比例(evaporative fraction，EF)的关系

图2.：2017-2020连续4年每日GEP、ET和WUE的变化

图3.四年夏季期间gc和VPD的关系

天然栎林是我国暖温带区域的典型森林类型，在我国天然林中占有重要比重。蒸散（ET）是森林生态系统水分循环的重要组分，对区域气候有重要调节作用。生态系统水分利用效率（WUE，一般用总生态系统生产力GEP与ET的比值表示）是生态系统碳-水耦合关系的重要指标，表征生态系统碳固持的水分利用效率，并可评价和预测气候变化对生态系统碳、水循环过程的影响。气候变化的背景下，增温和区域降水格局变化将对森林生态系统的蒸散和水分利用效率产生直接影响。河南宝天曼森林生态系统国家野外科学观测研究站位于亚热带-暖温带过渡区，气候变化引起的区域降水格局的季节性和年际变异较大。为此，开展该地区地带性植被-以栎类为主的暖温带落叶阔叶林生态系统碳水交换过程对气候变化的响应和适应，有着重要的科学意义。

中国林科院森环森保所采用涡动相关的通量观测技术，对通量塔连续多年的观测数据进行分析，阐明了ET的生物和环境控制机制及ET和WUE对干旱响应的机理，揭示了暖温带天然栎林生态系统碳水循环过程对气候变化背景下季节性干旱的响应规律。发现暖温带天然栎林生态系统ET和WUE存在明显的季节和年际变化。2017-2019年连续3年的森林蒸散量占年降水的60%、88%和79%。森林蒸散主要受冠层导度（Canopy conductance, gc）的控制，而且这种控制作用在干旱年会进一步加强。在干旱年份，较低的土壤水分明显引起了冠层导度的下降，进而导致森林蒸散量降低。

WUE的年际变异较大，变异系数为26.4%，对季节性干旱比较敏感，干旱通过改变ET影响WUE，但GEP对干旱不敏感。春季和夏季干旱都增加了天然栎林生态系统WUE，仅秋季干旱略微降低了WUE。夏季干旱时，冠层导度(gc)会随着饱和水汽压差（VPD）增大而减小，但是气孔敏感性和参考gc之间的比例为0.21和0.3（小于等水植物的阈值0.6molm-2s-1ln(kPa)-1)，表明暖温带天然栎林生态系统具有偏异水调节对策，在遭受季节性干旱时可以

通过提高WUE（降低ET）来保持高的GEP，说明锐齿栎林生态系统对气候变化背景下的季节性干旱具有较强的抵抗力和韧性，籍以维持较高的森林碳汇功能。

在一般情况下VPD对gc的变化有主导作用，散射辐射（diffuse photosynthetically active radiation，PARdif）和空气温度（Ta）对gc有积极影响。然而当土壤水分充足时，高VPD对gc的抑制作用消失，直接辐射（direct photosynthetically active radiation，PARdir）相比PARdif对gc影响更大；当土壤水分亏缺（干旱）时，空气温度对gc的正影响变成了负影响。这些结果表明了土壤水分对暖温带天然栎林生态系统gc、能量分配和碳吸收的环境控制机制形成有重要影响。

相关研究成果以“Environmental and stomatal control on evapotranspiration in a natural oak forest”、“Drought affected ecosystem water use efficiency of a natural oak forest”和“Soil moisture shapes the environmental control mechanism on canopy conductance in a natural oak forest”为题，分别发表在国际期刊Ecohydrology、Forests和Science of the total environment上，博士后牛晓栋为系列论文第一作者，刘世荣研究员为通讯作者。参与该项研究工作的还有中国林科院资源信息研究所庞勇研究员、森林生态环境与自然保护研究所陈志成副研究员。本研究获得国家“十四五”重点研发项目、国家自然科学基金项目等经费等资助。（文/图：牛晓栋  陈志成）