植被作為重要的碳匯，其結(jié)構(gòu)和固碳能力將受到未來氣候變化的顯著影響。深入理解氣候變化對植被碳封存的正負效應(yīng)，對于預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)至關(guān)重要。大氣飽和水汽壓差(VPD)作為調(diào)控植物氣孔導(dǎo)度和光合作用的關(guān)鍵因子，與氣溫和土壤濕度存在緊密耦合關(guān)系，這使得量化VPD對植被生產(chǎn)力的獨立影響具有挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)有研究多聚焦于從直接效應(yīng)角度評估土壤濕度和/或VPD對植被生產(chǎn)力及光合作用的相對重要性，然而溫度介導(dǎo)的間接水效應(yīng)對于理解碳封存動態(tài)同樣關(guān)鍵。同時考量水資源可利用性的直接與間接效應(yīng)，將有助于調(diào)和當前研究中的矛盾發(fā)現(xiàn)。

針對這一問題，中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與動態(tài)研究團隊利用2000-2023年太陽誘導(dǎo)葉綠素熒光(SIF)和總初級生產(chǎn)力(GPP)觀測數(shù)據(jù)，創(chuàng)新性地結(jié)合因果識別方法(CCM)與偏最小二乘結(jié)構(gòu)方程模型(PLS-SEM)，揭示氣溫和VPD對中國植被生產(chǎn)力變化的獨立影響。研究結(jié)果表明，VPD對植被生產(chǎn)力表現(xiàn)出顯著的負效應(yīng)(尤其在干旱和半干旱地區(qū))，而氣溫在排除交互作用后總體呈現(xiàn)正效應(yīng)，但當高溫與高VPD協(xié)同發(fā)生時，氣溫的正向效應(yīng)會被顯著削弱;基于CMIP6多模式集合的預(yù)測進一步顯示，未來VPD的負面效應(yīng)將持續(xù)增強，氣溫的正效應(yīng)將逐漸減弱，這種變化在中緯度地區(qū)表現(xiàn)最為顯著。該研究不僅系統(tǒng)揭示了VPD在調(diào)控陸地生態(tài)系統(tǒng)功能中的關(guān)鍵作用，為理解氣候變化下植被響應(yīng)機制提供了新的理論依據(jù)，更重要的是發(fā)現(xiàn)了溫度-VPD協(xié)同效應(yīng)機制，這一創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)既為解釋植被生產(chǎn)力響應(yīng)區(qū)域差異提供了新視角，也為未來生態(tài)系統(tǒng)管理、碳循環(huán)預(yù)測及植被適應(yīng)策略制定提供了重要科學參考。

該研究成果以Unraveling the impacts of temperature and vapor pressure deficit on gross primary productivity from current to future scenarios為題，近期發(fā)表于國際水文權(quán)威期刊Journal of Hydrology上。版納植物園森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與動態(tài)研究組博士后陳珊珊為第一作者，楊潔研究員為通訊作者;隆德大學吳敏超教授和中國科學院重慶綠色智能技術(shù)研究院張松林助理研究員聯(lián)合參與了該工作。研究得到云南省興滇英才項目“云嶺學者”、云南省“彩云博士后”計劃、植被結(jié)構(gòu)功能與建造全國重點實驗室開放課題、版納植物園“十四五”科技創(chuàng)新規(guī)劃及中美生物多樣性合作研究項目等資助。

圖1氣溫對植被生產(chǎn)力影響的直接作用、間接作用及其交互作用

圖2大氣飽和水汽壓差對植被生產(chǎn)力影響的直接作用、間接作用及其交互作用