近日，Agricultural and Forest Meteorology 在线发表了中国科学院新疆生态与地理研究所罗格平研究员团队关于低土壤水分（SM）和高水气压亏缺（VPD）对植被的相对影响并进一步确定干旱事件是否会改变植被的主要水分胁迫适应机制的成果。该研究发现，高VPD比低SM对植被的控制作用更强，并证实干旱事件可以改变森林和草地的主导水分胁迫因子。
低土壤水分（SM）和高水汽压亏缺（VPD）通过不同机制对陆地生态系统生产力产生显著影响。由于陆-气强相互作用，这两种水分胁迫因子的相对影响难以区分，导致生态系统中主要水分胁迫因子仍存在较大争议。此外，在全球变暖背景下，干旱事件的频率和强度不断增加，干旱事件下土壤或大气水分胁迫引起的植被适应机制尚不清楚。大多数研究调查了高VPD或低SM对植被从湿润到干燥状态的影响，而很少有研究调查植被在“真实”干旱条件下对土壤或大气缺水的响应。因此，研究低SM和高VPD如何在干旱期间独立影响植被生产，并进一步确定这些因素是否会改变干旱事件后植被的主要水分胁迫至关重要。
罗格平团队利用北半球公开的89个通量站点的逐日GPP观测数据作为植被生产力的代用指标，通过使用SPEI指数将观测数据分为干旱期和非干旱期，利用分箱法对SM和VPD进行了解耦。
研究结果发现，GPP对低SM或高VPD的响应显著的站点分别有84个和81个，其余的站点对水分亏缺的响应不显著。在非干旱和干旱条件下，46个站点中的38个和38个站点中的30个分别以高VPD和低SM水分胁迫为主。在干旱发生时，共有19个站点经历了显著的水分胁迫转移（低SM向高VPD或高VPD向低SM），其中包括森林（47%）、草地（37%）和灌木（16%）。干旱引发的水分胁迫转移表明，高VPD对植物光合作用的限制存在一个阈值，该阈值随生物群落和植物功能类型的不同而不同。高VPD条件通过降低气孔导度和光合作用降低植物蒸腾和水分损失，对植被生长产生显著影响。然而，VPD的适度增加也可能通过增加蒸腾和CO2吸收来增强植被的光合作用。辐射和温度的归一化GPP也强调了高VPD比低SM对植被的控制作用更强，并证实干旱事件的发生可以改变影响植被生产力（如森林和草地）的主要水分胁迫因子。研究结果有助于阐明SM和VPD对植被的相对影响，以及干旱事件对SM和VPD作用转换的驱动力。这一变化的驱动机制因生物群落和植物功能类型而异。此外，我们的研究结果可以更准确地预测不同生态系统中的植被生产力，加深对植被与气候关系的理解。
图1. （a）在非干旱条件和（b）干旱条件下，由高VPD（ GPP（VPD | SM））和低SM（ GPP（SM | VPD））引起的标准化总初级生产力（GPP）的变化。（c）非干旱和（d）干旱条件下，生态系统GPP的主要水分胁迫。 GPP（VPD|SM）表示在每个SM箱中，高VPD对应的GPP值与低VPD对应的GPP值之间的差值，这个差值被定义为高VPD对GPP起的主导作用。同理， GPP（SM | VPD）表示在每个VPD箱中，低SM对应的GPP值与高SM对应的GPP值之间的差值，这个差值被定义为低SM对GPP起主导作用。蓝色标记表示生态系统GPP没有明显的水分胁迫，绿色标记表示低SM的水分胁迫，橙色标记表示高VPD的水分胁迫。带加号标记的位置表明，在90%置信区间内，这些站点处于 GPP（SM | VPD）或 GPP（VPD | SM）的胁迫下。我们使用bootstrap法来估计干旱和非干旱条件下每个地点的 GPP（VPD|SM）和 GPP（SM|VPD）的不确定性。如果 GPP（VPD|SM）小于 GPP（SM|VPD），且 GPP（VPD| SM）显著低于零（p<0.1），则认为VPD在目标EC站占主导地位，反之亦然。当GPP（VPD|SM）或 GPP（SM|VPD）为正时，认为植被对大气或土壤水分胁迫的响应并不显著。
图2. （a）非干旱和（b）干旱条件下不同植被类型的高VPD（橙色）GPP和低SM（绿色）GPP变化箱型图。每个框中的红线表示中值。
图3. （a）、（c）非干旱和（b）、（d）干旱条件下不同植被类型的高VPD主导（橙色）GPP变化和低SM主导（绿色）GPP变化的箱型图?GPPs是指GPP通过入射短波辐射归一化以消除辐射效应， GPPt是指GPP通过空气温度归一化以消除温度效应。
相关成果以“Drought changes the dominant water stress on the grassland and forest production in the Northern Hemisphere”为题发表在Agricultural and Forest Meteorology，新疆生地所罗格平研究员为通讯作者，张文强博士是论文的第一作者。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016819232300521X
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