一种用于提高机器学习模型泛化能力的技术，以更准确地估算作物蒸散量

《Agricultural Water Management》：A feature engineering technique for enhancing the generalization of machine learning models in estimating crop evapotranspiration

碳-水耦合机制受氮磷添加与降水协同调控；半干旱荒漠草原；氮磷互作；水分利用效率；生态系统碳通量；降水阈值效应；耦合模型

　　本研究探讨了氮（N）和磷（P）输入对半干旱草原生态系统中碳-水耦合过程的影响，特别是在中国盐池县以Stipa breviflora为主导的沙漠草原生态系统中。研究发现，降水在调节营养元素输入效果方面起到了关键作用，其影响在不同年份和季节表现出了显著的非线性特征。这一发现对于理解全球气候变化背景下生态系统对营养沉积的响应具有重要意义，并为适应性草原和水资源管理提供了新的视角。

在草原生态系统中，氮和磷是植物生长和净初级生产力的主要限制性因素。这些营养元素的增加不仅改变了土壤的养分状况，还影响了植物的生物量和植物叶片的化学组成。氮和磷的输入可能通过增强植物的光合作用能力，促进碳固定和水的利用效率。然而，这些影响并非单一的，而是受到降水模式的显著调节。在降水充足的情况下，氮和磷的共同添加可能增强内在水利用效率（iWUE），但在降水较少的条件下，这种共同添加反而会削弱iWUE的提升，同时增强蒸散（ET）和生态系统水利用效率（W_G）的响应。

在生态系统层面，净生态系统二氧化碳交换（NEE）主要受总生态系统生产力（GEP）的影响，而非生态系统呼吸（ER）的主导。这意味着光合作用活动是净碳固存的主要驱动力。单独添加氮或磷时，GEP和ER均有所增加，但NEE则受到抑制。然而，在氮和磷共同添加的条件下，这些指标的响应则呈现出更为复杂的模式，其中GEP和ER的变化可能受到植物生理和土壤微生物活动的共同作用。同样，单独添加磷对GEP、ER和NEE均产生积极影响，但与氮共同添加时，其对GEP和NEE的促进作用减弱，反而对ER的增强更为显著。这种复杂的相互作用表明，氮和磷的添加并非简单的叠加效应，而是受到生态系统的内部机制和外部环境条件的双重影响。

此外，研究还发现，iWUE和W_G之间的关系在不同条件下呈现出明显的差异。在降水条件较好的年份，iWUE的提升可能伴随W_G的增加，但在降水较少的年份，这种关系则可能逆转。这表明，在不同水分条件下，植物的生理机制和生态系统的整体功能可能产生不同的反馈。因此，理解这些变化对于预测未来生态系统对营养沉积的响应至关重要。

研究中还利用了结构方程模型（SEM）来揭示氮和磷添加对生态系统碳和水循环的综合影响。模型结果显示，氮和磷的添加不仅直接影响土壤性质和植物生长，还通过改变土壤养分状况和植物生理特征间接影响生态系统碳通量和水利用效率。这种非线性响应表明，氮和磷的添加可能在某些条件下促进碳-水耦合，而在另一些条件下则产生抑制效应。这种动态变化强调了在研究生态系统响应时，需要综合考虑营养输入和降水条件的交互作用。

在实际应用中，这些发现对于草原生态系统的管理具有重要指导意义。特别是在全球气候变化加剧的背景下，草原生态系统的碳固存能力和水资源利用效率将受到氮和磷沉积的显著影响。因此，未来的草原管理策略应考虑到降水模式的变化，以及营养元素添加对生态系统功能的潜在影响。同时，本研究也指出了未来研究的方向，包括更深入地分析植物生理特性、土壤微生物活动以及更精确地分离蒸散的组成部分，以提高对碳-水耦合过程的理解。

总体而言，本研究揭示了氮和磷添加在不同降水条件下的复杂效应，为全球变化背景下草原生态系统的碳-水耦合提供了新的理论依据和实践指导。这些发现有助于我们更好地理解未来全球碳、氮、磷和水资源动态的相互作用，并为适应性草原管理和水资源保护策略的制定提供了科学支持。