随着全球气候变化日益严峻，干旱发生的频率在加快、程度在加剧。土壤干旱和大气干旱是植被广泛死亡和陆地碳吸收减少的两种主要生理压力源和水分限制形式。两种干旱形式的相互关系复杂，目前对于这两种干旱形式对植被生长限制的主导位置仍有许多的争论，是全球变化生态学研究的难点和热点。
近日，广东省科学院广州地理研究所（以下简称省科学院地理所）苏泳娴研究员团队的研究显示，降雨和光照等气候因子决定的区域季节性水热配合度会显著影响土壤水分干旱胁迫和大气干旱胁迫的季节性协同度（图1），从而对森林季节的光合作用产生不同的影响。通过分析北半球纬度>15°N的83个森林FLUX站点的实测数据和多元遥感数据，发现在雨热异期区域（即降雨和光照季节具有强负相关的区域），土壤水分干旱和大气干旱会共同抑制干旱季节的光合作用；而在雨热同期区域（即降雨和光照季节具有强正相关的区域），土壤水分干旱和大气干旱对森林光合作用的限制不会发生在同一季节，在旱季森林光合作用主要受到土壤干旱的限制，而在雨季则主要受到大气干旱的限制。
图1 光照和降雨的相关性与大气干旱和土壤干旱相关性之间的关系图
团队进一步研究发现，在雨热异期的气候区域，不同土壤水分等级（AET/PET）的森林光合利用效率会随着大气干旱指数（VPD）的增加而呈现发散状态，而在雨热同期的气候区域下，不同土壤水分等级的森林光合利用效率会随着大气干旱指数（VPD）的增加而呈现聚集状态（图2），说明在高VPD下，雨热异期森林的光合利用效率主要受土壤水分干旱控制，而雨热同期森林的光合利用效率则主要受大气干旱控制。
图2 雨热同期和雨热异期区域，不同土壤水分等级下森林光合利用效率随VPD变化特征
该研究揭示了降雨和光照的耦合关系在森林光合作用对土壤水分干旱和大气干旱响应方面的重要影响，提供了对陆地碳吸收、能量交换以及水分输送之间耦合关系的新视角，明确了如果忽略在不同水热配合度区域下森林植被生长的土壤干旱和大气干旱胁迫差异，可能会导致对生态系统全球气候变化响应的错误预测。
相关研究成果近期发表于International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation（地球科学1区Top期刊，IF=7.7）。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的资助。省科学院地理所苏泳娴研究员为论文第一作者兼通讯作者，杨雪琴博士、Pierre Gentine 教授、 Fabienne Maignan教授、尚佳莉教授和 Philippe Ciais 教授参与了该研究。
近年来，苏泳娴研究员团队聚焦森林生态系统的降温效应、碳汇功能和水文过程等开展了系列研究，系列成果发表于在Environ. Int.、The Innovation、Remote Sens. Environ.、Agricultural and Forest Meteorology、International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation以及Global Change Biology等生态环境和遥感科学旗舰期刊，有效提升了省科学院地理所在生态与环境领域，尤其是森林生态系统水热碳研究方面的影响力。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.102808
（省科学院地理所/供稿）
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