本研究中2009年、2010年、2011年青藏高原高寒灌丛的NEE均值为-384.89 g/(m2·a),总体表现为弱的碳汇,这与徐世晓[22]、柴曦[23]、张宪洲[24]、赵亮[25]、张法伟[26]等的研究结果相似。这是由于青藏高原特殊的气候变化特征,尽管牧草生长季较短,但生长季水热同期的有利条件使其草地植物具有很高的初级生产能力,而且由于相对较低的温度,尤其是较低的夜间温度,牧草物质呼吸分解率很低,所以青藏高原灌丛生态系统成为一个明显的碳汇。但是,生态系统CO2通量因植被和环境因子的不同而变化,具有明显的植被差异性、季节变化特征和年际差异。在青藏高原地区,生态系统的碳源、汇功能的表现很大程度上还受到光合有效辐射、温度、温度日较差、年降水量大小、强度和季节分配的影响[27]。因此,对于青藏高原高寒灌丛生态系统碳通量的研究仍需在更长时间尺度上进行研究。
本研究中的日最高温和日最低温的逐日变化都表现为先增大后减小的变化趋势,但是日昼夜温差逐日变化表现为先减小后增加的变化趋势,并且月昼夜温差表现为显著的二次曲线关系,说明在青藏高原昼夜温差的变化与温度的变化并不同步,这可能是由于青藏高原海拔较高、辐射较强的原因造成的。此外,2009年、2010年、2011年昼夜温差的月平均最大值与NEE的最大吸收值并不同步,这可能是由于不同月份之间降水、光合有效辐射等因素的差异造成的,具体原因有待进一步深入分析。
研究表明,植被对日平均温度、最高温、最低温有不同的响应,例如,北美草原的植被生物量和物种密度与每日最低气温显著相关,但对日平均气温和最高气温没有显著的反应[28]。在菲律宾,水稻产量与日最低气温呈负相关,但与最日高气温无关[13]。因此,昼夜温差的改变会对植被生产力产生显著影响。有研究表明,夜间温度的升高可以促使植物夜间消耗更多的碳水化合物,这将刺激植物在接下来的几天进行更强的光合作用[29-30],即昼夜温差的减小有利于植被有机物质的积累。这与本研究的结果并不一致,本研究认为,青藏高原高寒灌丛在一定程度上昼夜温差的增大有利于有机物质的积累,这与赵亮等[25]的研究基本一致。本研究中,在2009年、2010年和2011年的5—9月的昼夜温差与NEE都呈显著的负相关关系(表1),但是由于不同月份降水、温度等因素之间的差异,导致不同月份的昼夜温差与NEE差异较大,导致整个生长季的昼夜温差与NEE的关系相对较为复杂,所以2010年和2011年NEE与昼夜温差是线性关系,而2009年是二次曲线关系。由此,也说明讨论昼夜温差对NEE的影响,必须在相似的温度降水等环境条件下。但是,整体上看,研究结果仍能说明青藏高原高寒灌丛在生长季昼夜温差的增大有利于生态系统碳的积累。
高寒生态系统的地上生物量较大,在其代谢中具有丰富的表型可塑性,尤其是在温度方面,所以在生长季温度对高寒生态系统植物光合性能具有强烈影响。此外,在充足的水分条件下,温度直接影响到土壤微生物分解活动、酶活性和有效养分的供应。因此,在一定冠层叶面积指数的水平上,温度对高寒生态系统的光合作用具有关键控制[31]。通过分析昼夜温差与日最高温、最低温之间的相关关系表明,与日最低温(r2=0.31,p<0.001)相比,在生长季昼夜温差的变化受最高温(r2=0.47,p<0.001)的影响相对更大,即昼夜温差增大意味着日最高温度相对较高,则高寒灌丛进行光合作用更加强烈,有机物质的积累更为迅速。另一方面,夜间温度较高也会促进土壤呼吸和土壤有机质的消耗[29]。并且,由于青藏高原长期处于低温状态,土壤中含有大量未分解的有机质,因此可能对夜间气温的升高更为敏感。此外,研究表明,日最低气温的上升幅度大于最高气温的上升幅度,即大气昼夜温差将减小[10-11]。这说明未来青藏高原昼夜温差的减小可能间接促进了气候变化引起的碳损失。但是,由于地理位置和气候因素的不同,昼夜温差对碳的影响是不同的。总的来说,我们应该研究更多不同类型生态系统的昼夜温差对碳通量的影响,以预测未来碳循环对气候变化的响应。
