Effects of drought on optimum temperature of carbon fluxes in temperate grasslands

Abstract Ecosystem carbon flux components, including ecosystem gross primary productivity (GPP), ecosystem respiration (ER), and net ecosystem productivity (NEP), are the most direct indicators of ecosystem production capacity, carbon sequestration, and climate regulation strength. Nevertheless, little is known about how water availability affects the temperature responses of carbon flux components in water-limited ecosystems. Based on a long-term eddy observation dataset of temperate grasslands in northern China, we analyzed the effects of drought on the optimum temperature of carbon flux components ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>flux</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> ) in temperate grassland ecosystems and clarified the relative contributions of vegetation and climate factors to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>flux</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> . We found that the optimum temperatures of carbon flux components were widespread across different grassland types, with a significant lower optimum temperature of NEP ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>NEP</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> , 17.32 ± 3.21 °C) than that of GPP ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>GPP</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> , 18.67 ± 2.53 °C) and ER ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>ER</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> , 19.30 ± 1.94 °C). Drought significantly reduced <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>NEP</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> , but had no significant effects on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mtext>T</mml:mtext> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>GPP</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> </mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>ER</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> . Obvious shifts of occurrence date of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>flux</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> were also observed in the years with different precipitation regimes. That is, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>opt</mml:mtext> </mml:mrow> </m