2021年12月29日，农林科学类国际知名期刊Agricultural Water Management（中科院1区，IF 4.516）在线发表西南大学地理科学学院、重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站汤旭光教授课题组的最新研究成果，论文标题为《Quantifying the variability in water use efficiency from the canopy to ecosystem scale across main croplands》。汤旭光教授课题组长期从事陆地生态系统碳水循环及其耦合关系监测研究。本论文目标在于揭示粮食生产过程中不同尺度下碳水循环的耦合过程和机制，为节水灌溉、农业水资源高效利用提供理论支持。

图1基于 uWUE方法的蒸散发拆分模型示意图

本研究基于全球通量观测网络FLUXNET，收集了主要粮食作物（玉米、大豆和冬小麦）的碳、水通量观测数据。在利用MODIS NDVI数据提取农作物生长季的基础上，实现了农田生态系统蒸散发的分解（图1）。而后，分别构建基于植被蒸腾量的冠层水分利用效率（WUE_T）和基于蒸散发量的生态系统水分利用效率（WUE_ET）。研究结果表明WUE_ET呈现出明显的季节动态，在作物生长期内主要呈单峰结构；而WUE_T则在生长季主要呈平台期，基本保持不变，说明作为内在水分利用效率的表征，WUE_T主要与作物类型有关（图2）。研究还发现在整个生长季中，所有站点的GPP和T呈现出较强的线性正相关，而GPP和ET则存在显著的非线性关系（图3）。多年多站点数据表明，在不区分作物类型的情况下，多年平均的WUE_ET约为WUE_T的一半（2.2 g C kg^-1 H₂O vs 5.0 g C kg^-1 H₂O），C₄作物（玉米）的WUE_T和WUE_ET均略高于C₃作物（图4）。相关研究有助于深入认识农田生态系统作物耗水规律。

图2 大豆、玉米和冬小麦站点在8天时间尺度的WUE_ET和WUE_T的季节动态变化

图3主要农田生态系统GPP与ET或T的相关关系

图4 典型农作物WUE_ET和WUE_T多年均值比较

硕士研究生陈亚楠和汤旭光教授分别为论文的第一作者和通讯作者。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378377421007046。

相关研究成果是继2018年该团队在Agricultural Water Management发表研究成果后的最新进展，得到了国家自然科学基金项目（41830648, 41771361）、高分辨率对地观测系统国家重大科技专项课题（21-Y20B01-9001-19/22）以及重庆市研究生科研创新项目（CYS21108）的大力支持。

论文列表：

1. Yanan Chen, Zhi Ding, Pujia Yu, Hong Yang, Lisheng Song, Lei Fan, Xujun Han, Mingguo Ma, Xuguang Tang^*. Quantifying the variability in water use efficiency from the canopy to ecosystem scale across main croplands. Agricultural Water Management. 2022, 262: 107427.

2. Tongxin Wang, Xuguang Tang^*, Chen Zheng, Qing Gu, Jin Wei, Mingguo Ma. Differences in ecosystem water-use efficiency among the typical croplands. Agricultural Water Management. 2018, 209: 142–150.