攀西干熱河谷煙田烤煙成熟初期水碳通量日間變化的非對稱響應

徐同慶，徐宜民，孟霖，胡海洲，王程棟，周立新，劉光亮，董建新，陶健

1 中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2 中國農(nóng)業(yè)科學院研究生院，北京 100081；3 湖南中煙工業(yè)有限責任公司，長沙 410014

攀西干熱河谷煙田烤煙成熟初期水碳通量日間變化的非對稱響應

徐同慶1,2，徐宜民1，孟霖1，胡海洲1，王程棟1，周立新3，劉光亮1，董建新1，陶健1

1 中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2 中國農(nóng)業(yè)科學院研究生院，北京 100081；3 湖南中煙工業(yè)有限責任公司，長沙 410014

為研究關(guān)鍵環(huán)境因子與煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量日間變化之間的響應關(guān)系。基于2016年攀西干熱河谷典型煙田生態(tài)系統(tǒng)烤煙成熟初期渦度相關(guān)通量觀測數(shù)據(jù)，分析了典型晴天內(nèi)煙田冠層導度及水、碳通量的日間變化規(guī)律及其對氣溫、VPD和凈輻射日間變化的非對稱響應特征。結(jié)果表明：研究區(qū)煙田生態(tài)系統(tǒng)CO2通量和蒸散量（ET）均存在明顯的“午休”現(xiàn)象，冠層導度的變化是影響煙田水、碳通量日間變化的直接因素；研究區(qū)烤煙成熟初期水、碳通量呈現(xiàn)顯著的非對稱響應特征，相同的凈輻射強度下，下午的CO2通量和ET值均明顯高于上午；WUE對凈輻射的響應特征與凈輻射強度有關(guān)，當凈輻射強度小于230 W·m-2時，下午煙田WUE大于上午，反之，上午煙田WUE大于下午；氣溫、飽和水氣壓差（VPD）與凈輻射在日間的非同步變化是導致煙田冠層導度和ET在日間非對稱響應的主要氣象因素，從而間接影響煙田水、碳通量及WUE的日間動態(tài)特征。本研究為進一步分析攀西干熱河谷煙田水、碳通量季節(jié)與年際變化特征及相關(guān)變異機理提供了理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支持。

煙田生態(tài)系統(tǒng)；水、碳通量；非對稱響應； 攀西干熱河谷

氣候變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及物質(zhì)-能量循環(huán)過程均產(chǎn)生了深遠的影響，水、碳循環(huán)作為維持陸地生態(tài)系統(tǒng)生命營養(yǎng)和能量需求的關(guān)鍵紐帶，受氣候變化的影響更為深刻[1-3]。為探索有效調(diào)控水、碳循環(huán)，實現(xiàn)陸地生態(tài)系統(tǒng)水熱資源高效利用的策略，前人已對不同生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量變化規(guī)律及相關(guān)變異機理進行了大量研究[4-6]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，其水、碳通量在不同時間尺度的動態(tài)變化特征及對生物和非生物因子的響應關(guān)系已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究的熱點[7]。作為研究水、碳通量時間動態(tài)變化的基礎，揭示水、碳通量日變化規(guī)律及相關(guān)變異機理，不僅有助于解釋水、碳通量發(fā)生季節(jié)變化和年際變化的原因[8-10]，還可為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水、碳收支平衡研究及相關(guān)模擬模型的開發(fā)與驗證提供理論與數(shù)據(jù)支持，同時也有助于探討氣候變化對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響。

烤煙作為一種重要的經(jīng)濟作物，煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量變異特征直接反映了煙田生產(chǎn)力及水資源利用水平，從而影響煙葉的產(chǎn)量和煙株抵御干旱脅迫的能力[11]。目前關(guān)于煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量變化特征及影響機理的研究還較少，王樹鍵等[12]基于靜態(tài)箱-紅外CO2分析法指出了煙田生態(tài)系統(tǒng)平頂期碳通量變化特征；戴衍晨等[13]采用相同的方法研究了煙田生態(tài)系統(tǒng)不同生育期碳通量日變化規(guī)律；但相關(guān)研究缺乏對水、碳通量在大氣與煙田生態(tài)系統(tǒng)之間交換量的直接觀測，從而無法從多尺度對水、碳循環(huán)與環(huán)境因子的動態(tài)變化關(guān)系進行定量分析[14-15]。渦度相關(guān)通量觀測技術(shù)是近年來研究生態(tài)系統(tǒng)光合碳吸收與蒸騰失水動態(tài)變化關(guān)系的主要方法，其分析結(jié)果已得到權(quán)威驗證和認可[16-17]。而目前，基于渦度相關(guān)通量觀測技術(shù)對煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量時間動態(tài)特征的研究尚未見到報道，從而導致煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳循環(huán)相關(guān)研究結(jié)果缺乏研究方法之間的對比，降低了煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳收支平衡相關(guān)研究結(jié)論的準確性和可信度。因此，本文基于2016年攀枝花和西昌煙區(qū)（以下簡稱“攀西煙區(qū)”）典型煙田的渦度相關(guān)通量觀測數(shù)據(jù)及微氣象數(shù)據(jù)，對研究區(qū)烤煙成熟初期水、碳通量的時間動態(tài)特征及其與氣溫、凈輻射和飽和水汽壓差（VPD）等氣象因子的相關(guān)關(guān)系進行研究，分析研究區(qū)煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量對關(guān)鍵環(huán)境因子日變化響應機制。一方面，采用公認的前沿科學方法，對煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳耦合循環(huán)過程進行深入研究；另一方面通過煙田水、碳循環(huán)過程的影響機理研究，把握烤煙水、碳利用規(guī)律，為提高煙田生產(chǎn)能力提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

攀枝花和西昌煙區(qū)（簡稱“攀西煙區(qū)”）是我國西南地區(qū)重要的烤煙適宜種植區(qū)，煙葉風格獨具地域特色。研究站點位于中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所西南基地，地處四川省西昌市（27°49′N， 102°22′E，海拔1700m）。該地區(qū)擁有攀西煙區(qū)特殊的氣候環(huán)境——干熱河谷，屬于南亞熱帶季風氣候，光熱資源充沛，干濕季明顯。區(qū)域內(nèi)多年平均氣溫17.0℃，年均降水量為1013.1 mm，其生態(tài)條件在整個攀西地區(qū)具有典型代表性。土壤多為紅壤（酸性），種植制度為烤煙/大蒜輪作。研究區(qū)烤煙于4月中上旬移栽，9月下旬采收結(jié)束，土壤水分來源以自然降水為主，試驗地與周圍大范圍煙田相鄰，滿足試驗對下墊面的要求。

1.2 觀測方法

水、碳通量數(shù)據(jù)直接由美國Campbell公司生產(chǎn)的EC150開路式CO2/H2O氣體分析儀和CSAT3型三維超聲風速儀測量得到，其它氣象數(shù)據(jù)還包括凈輻射、氣溫、飽和水氣壓差（VPD）等。所有通量和氣象數(shù)據(jù)均通過數(shù)據(jù)采集器（CR5000）24 h連續(xù)自動采集得到，采樣頻率為30 min。

1.3 數(shù)據(jù)的處理與計算

本研究基于研究區(qū)2016年渦度相關(guān)通量觀測數(shù)據(jù)，在烤煙成熟初期（打頂后）選擇3個連續(xù)晴天（2016年7月20日～7月22日），文中數(shù)據(jù)均為3d數(shù)據(jù)的均值，研究時間段內(nèi)煙田葉面積指數(shù)3.4左右，日出時間大約7:00。通過相關(guān)方法對原始通量和氣象數(shù)據(jù)進行處理[18-20]，利用處理后的數(shù)據(jù)計算相應時間點煙田生態(tài)系統(tǒng)冠層導度（Gc）和水分利用效率（WUE）。

煙田生態(tài)系統(tǒng)Gc的計算參照Monteith 和Unsworth[21]提出的簡化公式：

式中T表示氣溫（℃），ET表示煙田單位面積蒸散量（g·m-2·s-1），VPD 表示飽和水汽壓差（kPa）。

生態(tài)系統(tǒng)WUE計算公式為[22]：

式中 Fc表示煙田 CO2通量（mg·m-2·s-1）

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子和冠層導度日間變化特征

由圖1a可知，研究區(qū)煙田氣溫和VPD在日間均呈現(xiàn)出先升高后降低的變化規(guī)律，且兩者的變化曲線基本一致，日間峰值出現(xiàn)在16:30左右，分別為25.7℃和2.15 kPa。如圖1b所示，研究區(qū)煙田凈輻射與冠層導度的日間變化均表現(xiàn)出“雙峰”現(xiàn)象：日出（大約7:00）后煙田凈輻射和冠層導度逐漸增加；在中午11:00～13:00期間，煙田凈輻射和冠層導度先后出現(xiàn)小幅度降低；此后，凈輻射和冠層導度又繼續(xù)增加并達到日間峰值，分別為562 W·m-2和7.61×10-3m·s-1，但凈輻射達到日間峰值時間比冠層導度提前約1 h。此外，結(jié)合圖1a和圖1b可以看出，氣溫、VPD達到日間峰值的時間基本同步，但比凈輻射達到日間峰值的時間晚約3 h。

圖1 氣溫、VPD、凈輻射和冠層導度的日間變化Fig.1 Diurnal dynamics of air temperature, VPD, net radiation and canopy conductance

2.2 水、碳通量及水分利用效率日間變化特征

由圖2可知，與凈輻射和冠層導度的日間變化特征相似，研究區(qū)煙田CO2通量（正值表示吸收量）與ET也呈現(xiàn)“雙峰”變化曲線。CO2通量與ET在11:00～13:00期間均表現(xiàn)出“午休”現(xiàn)象，其中CO2吸收量出現(xiàn)小幅度下降，而ET增加的速率在該時間段內(nèi)明顯降低。大約12:30后，研究區(qū)煙田CO2吸收量再次增加，ET增加速率也恢復到較高的水平，兩者相繼達到日間峰值，分別為29.8 mg·m-2·s-1和0.118 g·m-2·s-1。大約 14:00 以后，研究區(qū)煙田 CO2吸收量和ET開始逐漸下降，到日落前后CO2吸收量接近于零，ET下降至最小值并趨于穩(wěn)定。

圖2 煙田水、碳通量日間變化Fig.2 Diurnal dynamic of water-carbon fl ux

由圖3可知，研究區(qū)煙田WUE日間變化規(guī)律明顯，整體呈現(xiàn)先迅速增加后逐漸下降的趨勢。煙田WUE在日出后2～3小時迅速增加并達到日間峰值；大約10:00后，煙田WUE逐漸下降；在16:00～17:00期間，煙田WUE有小幅度增加；17:00以后，煙田WUE迅速下降。

圖3 煙田WUE日間變化特征Fig.3 Diurnal dynamic of WUE

2.3 氣溫、VPD和冠層導度對凈輻射的響應

由圖4可知，研究區(qū)煙田氣溫、VPD與凈輻射的關(guān)系在上午和下午存在明顯差異，相同的凈輻射強度下，下午的氣溫、VPD顯著高于上午，日間變異系數(shù)分別為6.85%和16.23%。日出后，在一段時間內(nèi)煙田氣溫、VPD與凈輻射呈正相關(guān)；凈輻射強度大約600 W·m-2時達到日間峰值，此后凈輻射逐漸減弱，而煙田氣溫、VPD仍繼續(xù)增加；當下午凈輻射強度回落到大約250 W·m-2時，煙田氣溫、VPD達到日間最大值并在一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定；隨煙田凈輻射強度的進一步減弱，氣溫、VPD開始降低。

圖4 煙田氣溫和VPD對凈輻射的響應Fig.4 Responses of air temperature and VPD to net radiation

由圖5可知，研究區(qū)煙田冠層導度與凈輻射之間在日間變化上也存在明顯的非對稱響應關(guān)系。相同的凈輻射強度下，下午煙田冠層導度顯著高于上午，日間變異系數(shù)為38.40%。當凈輻射強度由日間峰值回落到大約550 W·m-2時，煙田冠層導度才達到日間最大值，這與圖1b所反映的現(xiàn)象相同。此后，煙田冠層導度隨凈輻射強度的減弱而逐漸降低。

圖5 煙田冠層導度對凈輻射的響應Fig.5 Response of canopy conductance to net radiation

2.4 水、碳通量和水分利用效率對凈輻射的響應

如圖6所示，在一定的凈輻射強度范圍內(nèi)，煙田CO2吸收量隨凈輻射的增強而逐漸增加；當凈輻射強度達到日間峰值后，煙田CO2吸收量在一段時間內(nèi)仍維持增加的趨勢；凈輻射強度從峰值減弱到550 W·m-2時，煙田CO2吸收量達到日間峰值，這與冠層導度達到日間峰值的凈輻射強度范圍基本相同；此后，隨凈輻射強度的進一步減弱，煙田CO2吸收量開始逐漸降低。總的來看，相同的凈輻射強度下，煙田CO2吸收量在下午的值要明顯大于上午，當凈輻射強度在200～300 W·m-2范圍內(nèi)，下午與上午CO2吸收量差值最大。

圖6 煙田水、碳通量對凈輻射的響應Fig.6 Response of water-carbon fl ux to net radiation

與CO2通量對凈輻射的響應特征相比，ET隨凈輻射的日間變化所呈現(xiàn)的非對稱響應特征更加顯著，相同的凈輻射強度下，下午與上午的ET差值更加明顯。從圖6中可以看出，在上午凈輻射相對較弱的情況下，煙田ET增加緩慢；當凈輻射強度大約超過230 W·m-2后，煙田ET增加速率開始提高；與CO2吸收量的變化特征相似，煙田凈輻射達到日間峰值后，煙田ET仍保持增加的趨勢，當凈輻射強度回落到550 W·m-2左右時，ET達到日間峰值。此外，在凈輻射強度為200～300 W·m-2范圍內(nèi)，煙田下午與上午ET差異也最大。

由公式（2）可知，WUE作為衡量煙田水碳循環(huán)狀態(tài)的重要指標，其對凈輻射的日間變化響應規(guī)律與CO2吸收量和ET比值的有關(guān)[15]。從圖7中可以看出，在不同的凈輻射強度范圍內(nèi)，研究區(qū)煙田WUE對凈輻射所表現(xiàn)出的響應特征不同：凈輻射強度大約230 W·m-2是研究區(qū)煙田WUE日間變化非對稱響應的轉(zhuǎn)折點，當凈輻射強度小于230 W·m-2時，相同的凈輻射強度下，下午煙田WUE值大于上午；當凈輻射強度大于230 W·m-2時，相同的凈輻射強度下，上午煙田WUE大于下午。

圖7 煙田WUE對凈輻射的響應Fig.7 Response of WUE to net radiation

3 討論

3.1 煙田生態(tài)系統(tǒng)“午休”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

植物水、碳通量的日間變化過程反映了植物在一天中維持物質(zhì)合成與生理代謝的能力[23-24]，同時也是研究植物生長發(fā)育和物質(zhì)-能量循環(huán)對關(guān)鍵環(huán)境因子響應關(guān)系的重要途徑[25]。植物生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量的日間變化曲線一般分為“單峰”和“雙峰”兩種類型，而光合與蒸騰作用的“午休”現(xiàn)象是導致“雙峰”曲線形成的關(guān)鍵因素[26]。研究區(qū)烤煙成熟期初期煙田生態(tài)系統(tǒng)冠層導度及水、碳通量日間變化均表現(xiàn)出“雙峰”變化曲線，在中午光照強度和溫度較高的情況下，煙田冠層導度與水、碳通量在一段時間內(nèi)均出現(xiàn)小幅度下降或增長速度放緩現(xiàn)象。關(guān)于植物“午休”可以歸因于氣孔和非氣孔因素兩個方面[27-29]。葉片光合與蒸騰作用在日間的生理代謝過程中是同步進行的[27]，氣孔是葉片進行光合碳吸收和蒸騰失水的重要通道，而冠層導度是葉片氣孔開度的反應[26]。受冠層光照輻射強度、溫度和VPD的影響，植物通過調(diào)節(jié)氣孔開閉程度來影響光合與蒸騰速率，而光合與蒸騰速率又決定著WUE[30-31]。前人研究指出，凈輻射與氣溫、VPD均呈顯著正相關(guān)，在一定的范圍內(nèi)，隨凈輻射強度的增加，煙田冠層上方氣溫和VPD逐漸升高，而氣溫和VPD是驅(qū)動葉片與大氣間進行CO2和水汽交換的重要外界驅(qū)動力，因此在一段時間內(nèi)煙田光合碳吸收速率與蒸騰速率會隨凈輻射的增強而加快[28,32-33]。當凈輻射超過一定強度后，由于葉片蒸騰作用強烈，煙株會通過降低氣孔開度以防止自身過度失水，因此煙田冠層導度與水、碳交換速率也隨之下降。此外，煙田ET包括土壤蒸發(fā)和葉片蒸騰兩個方面，煙田成熟期雖然葉面積指數(shù)較大，但由于壟作種植，行間距離較大，冠層無法完全覆蓋地面。對于煙田ET來說，雖然冠層導度的下降降低了蒸騰速率，但在較高的氣溫和VPD下，土壤蒸發(fā)依然很強烈，因此氣孔對蒸騰的反饋調(diào)節(jié)對于ET的影響表現(xiàn)為增加速率降低而不改變其變化趨勢。

非氣孔因素對水、碳通量的影響主要體現(xiàn)在“光抑制”，即當光照強度超過植物葉片光飽和點后，會對葉片光合作用產(chǎn)生抑制，造成植物CO2吸收量的降低[34]。此外對于強光條件，植物還會通過改變中上部葉片的生理形態(tài)（如卷曲）來減少受光面積，這也會導致植物生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量的下降[32]。因此，中午前后凈輻射強度過高對烤煙光合碳吸收與蒸騰作用所產(chǎn)生的“光抑制”是導致研究區(qū)煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量的日間變化出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象的另一個關(guān)鍵因素。而隨著凈輻射的逐漸減弱，烤煙中上部煙葉開始舒展，“光抑制”得到解除，煙田水、碳通量又開始增加，并相繼達到峰值。此后，隨凈輻射的進一步減弱，烤煙光合與蒸騰速率開始下降，水、碳通量也逐漸降低。總的來看，研究區(qū)煙田水、碳通量出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象是氣孔調(diào)節(jié)與“光抑制”共同作用的結(jié)果。

3.2 水、碳通量日間變化的非對稱響應

生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量的日變化與凈輻射顯著相關(guān)[35]，研究區(qū)烤煙成熟期初期煙田水、碳通量隨凈輻射的日間變化均表現(xiàn)出非對稱響應特征，即在相同的凈輻射強度下，下午的煙田冠層導度和水、碳通量均顯著大于上午。煙田生態(tài)系統(tǒng)CO2主要來源于大氣和煙株呼吸，在上午，煙株夜間呼吸所釋放的CO2會影響冠層上方表觀CO2通量變化，在一定程度上使CO2吸收量測量值小于煙株實際吸收值。在土壤水分較好的條件下，冠層導度與氣溫和VPD顯著相關(guān)[36]，而氣溫和VPD又與凈輻射呈顯著正相關(guān)[37]。在上午，隨凈輻射的增加，煙田氣溫和VPD逐漸升高，但由于研究區(qū)海拔較高，晝夜溫差大，氣溫和VPD在一段時間內(nèi)回升速度相對較慢，也在某種程度上對煙田CO2吸收和蒸騰作用產(chǎn)生了影響。此外，“午休”是植物對環(huán)境因子變化的自我調(diào)節(jié)和自我保護，但有研究顯示，植物“午休”會導致“光合下調(diào)”，從而導致植物日間CO2同化產(chǎn)物的消耗，降低光合產(chǎn)物的積累量[38]，但王瑞等[26]通過研究指出，雖然“午休”時段瞬時凈碳吸收量較低，但光合產(chǎn)物的消耗量較少，植物整體日間碳吸收量仍處于較高的水平，因此“午休”對下午的碳通量影響也較小。

冠層導度反映了植物與外界水碳交換能力，高的冠層導度意味著葉片與外界較快的水-氣交換速率[39]。冠層導度對氣象因子（尤其是光）反應敏感[28]，隨凈輻射的增強，煙田冠層導度逐漸增加，煙株水、碳代謝能力也逐漸提高，生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力水平提升。但本研究顯示，葉片蒸騰與土壤蒸發(fā)對凈輻射的變化反應相對遲緩，因此研究區(qū)煙田生態(tài)系統(tǒng)ET在上午較弱，而WUE卻較高。午后，煙田凈輻射強度逐漸降低，但冠層導度和水、碳通量由于“光抑制”的解除而在一段時間內(nèi)繼續(xù)增加。此外，凈輻射與氣溫、VPD的變化不同步，在一段時間內(nèi)，隨凈輻射的減弱，煙田氣溫、VPD仍繼續(xù)增加。而對于煙田生態(tài)系統(tǒng)來說，煙田冠層導度和水、碳通量又受到氣溫和VPD的控制，下午雖然凈輻射減弱，但氣溫和VPD的增加不僅降低了凈輻射的減弱對冠層導度和水、碳通量的影響，還一定程度上提高了煙田冠層導度和水、碳交換能力，尤其是對土壤蒸發(fā)的影響更加明顯。研究區(qū)煙田水分狀況良好，較高的凈輻射、氣溫和VPD并未改變煙田ET變化的趨勢，只是降低了其增加的速率，同時由圖6和圖7可知，煙田ET增加速率提高的凈輻射強度點與WUE變化的轉(zhuǎn)折點基本吻合。因此，下午煙田劇烈的土壤蒸發(fā)和較強的蒸騰作用成為限制生態(tài)系統(tǒng)WUE的關(guān)鍵因素。

4 結(jié)論

本研究基于研究區(qū)烤煙成熟期渦度相關(guān)通量觀測數(shù)據(jù)，分析了煙田水、碳通量的日間動態(tài)特征，并結(jié)合冠層導度、凈輻射、氣溫及VPD等生物和非生物因子對其相關(guān)響應機理進行了探討，主要結(jié)論如下：

（1） 研究區(qū)煙田CO2通量和ET在日間變化上均表現(xiàn)出“雙峰”現(xiàn)象，在11:00～13:00時間段內(nèi)出現(xiàn)小幅下降或增速減緩，這主要是氣孔調(diào)節(jié)和“光抑制”共同作用的結(jié)果。

（2）研究區(qū)煙田水、碳通量及冠層導度對凈輻射日間變化的響應均表現(xiàn)出非對稱特征。相同的凈輻射強度下，煙田CO2通量、ET和冠層導度下午均大于上午。這主要是因為，在上午凈輻射強度增加的過程中，氣溫和VPD上升緩慢，下午凈輻射強度進入下降階段后，氣溫和VPD仍繼續(xù)升高。因此煙田在上午的光合與蒸騰速率受氣溫和VPD的限制相對較低，而下午相對較高的氣溫和VPD彌補了凈輻射下降對光合與蒸騰影響，從而導致水、碳通量日間的非對稱變化規(guī)律。

（3）綜合來看，研究區(qū)煙田生態(tài)系統(tǒng)烤煙成熟初期水、碳通量的日間變化與關(guān)鍵環(huán)境因子存在明顯的非對稱響應特征。本研究為進一步從不同生育期及長時間尺度上研究煙田生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量提供了方法借鑒和理論依據(jù)。

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:XU Tongqing, XU Yimin, MENG Lin, et al. Asymmetric response character of diurnal variation of water and carbon fl uxes at initial mature stage of fl ue-cured tobacco in Panxi dry and hot valley tobacco planting area [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2017,23(3)

*Corresponding author.Email：taojian_ecology@163.com

Asymmetric response character of diurnal variation of water and carbon fl uxes at initial mature stage of fl ue-cured tobacco in Panxi dry and hot valley tobacco planting area

XU Tongqing1,2, XU Yimin1, MENG Lin1, HU Haizhou1, WANG Chengdong1, ZHOU Lixin3, LIU Guangliang1, DONG Jianxin1, TAO Jian1*
1 Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences Qingdao 266101, Shandong, China;2 Graduate School, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;3 China Tobacco Hunan Industrial Co., Ltd., Changsha 410014, China

Investigating asymmetric-response characteristics of diurnal water-carbon fl ux in tobacco fi eld ecosystem is helpful to evaluate relationships between key environmental factors and water-carbon fl ux. Based on fl ux observation data during initial mature stage in Pan Zhihua-Xi Chang (Pan-xi) dry and hot valley tobacco planting area, the diurnal dynamic of canopy conductance and water-carbon fl ux and their asymmetric responses to environmental factors were explored. Results showed that water-carbon fl ux had a midday depression during initial mature stage, and change of canopy conductance was the direct factor a ff ecting diurnal dynamic of water-carbon fl ux. Under the same net radiation intensity, CO2fl ux and ET were signi fi cantly higher in the afternoon than in the morning, while the response of WUE to net radiation was related to the intensity of net radiation: when net radiation was less than 230W·m-2, the WUE was higher in the afternoon;when net radiation was greater than 230 W·m-2, the WUE was higher in the morning. The asynchronous change between air temperature,VPD and net radiation was the main meteorological factors leading to the asymmetry distribution of canopy conductance and ET in the morning and afternoon. Thus, the dynamic characteristics of water-carbon fl uxes were indirectly a ff ected. Through exploration of nonsymmetrical response characteristics of water-carbon fl ux to environmental factors, the study can provide theoretical basis and data support for further analysis on water-carbon fl ux and its driving mechanism in Pan-xi dry and hot valley tobacco planting area.

tobacco fi eld ecosystem; water-carbon fl ux; asymmetric response; Pan-xi dry and hot valley

徐同慶，徐宜民，孟霖，等. 攀西干熱河谷煙田烤煙成熟初期水碳通量日間變化的非對稱響應[J]. 中國煙草學報，2017, 23（3）

國家自然科學基金青年科學基金項目（41501054）；中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所青年科學基金項目（2015A02）；中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-TRIC03）

徐同慶（1993—），研究生，主要研究方向：生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力與水分利用效率，Tel：0532-66715598，Email：xutongqing2015@163.com

陶 健（1983—），Tel：0532-66715598，Email：taojian_ecology@163.com

2017-01-18；< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡出版日期：

日期：2017-05-16