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葉片內(nèi)在水分利用效率（iWUE）是衡量植物碳獲取與水分消耗權(quán)衡的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)于理解森林生態(tài)系統(tǒng)碳–水循環(huán)耦合及其對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)具有重要意義。然而，對(duì)于不同森林類型中植物水分利用策略的差異及其受哪些關(guān)鍵葉片性狀和生化特征調(diào)控，仍缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)。盡管羧化能力、氣孔導(dǎo)度和多種葉片功能性狀已被用于解釋iWUE變異，但關(guān)于葉片元素組如何在跨氣候帶尺度影響水分利用策略的證據(jù)十分有限。鐵、錳、鈣、鈉等元素在光合作用電子傳遞、光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和氣孔調(diào)控中發(fā)揮重要作用，但其協(xié)同調(diào)節(jié)機(jī)制尚未被系統(tǒng)揭示。同時(shí)，反射光譜技術(shù)能否準(zhǔn)確表征iWUE及其性狀關(guān)聯(lián)仍缺乏跨森林生態(tài)系統(tǒng)的驗(yàn)證。這些知識(shí)空缺限制了我們對(duì)森林碳–水耦合機(jī)制的理解，也影響了生態(tài)模型對(duì)未來森林碳水循環(huán)和植物適應(yīng)策略的預(yù)測(cè)。

針對(duì)上述問題，國家植物園（南園）植被結(jié)構(gòu)與功能研究團(tuán)隊(duì)嚴(yán)正兵研究員等依托中國科學(xué)院林冠塔吊平臺(tái)，系統(tǒng)采集我國三大典型森林生態(tài)系統(tǒng)的林冠葉片樣本，進(jìn)行了iWUE與多重葉性狀、葉反射光譜的關(guān)聯(lián)研究。結(jié)果表明，最大羧化速率，氣孔導(dǎo)度，鐵、氮、鈉、錳濃度以及比葉重是驅(qū)動(dòng)iWUE變異的關(guān)鍵性狀。同時(shí)，氣候因子通過“環(huán)境–性狀–iWUE”鏈?zhǔn)铰窂秸{(diào)控水分利用策略，且受其驅(qū)動(dòng)的葉片元素濃度和比葉重對(duì)iWUE的直接影響，強(qiáng)于通過羧化速率和氣孔導(dǎo)度的間接作用。其次，葉片反射光譜技術(shù)在表征iWUE變異及性狀與iWUE的關(guān)聯(lián)方面，展現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性。

本研究不僅填補(bǔ)了“元素功能–水分利用策略”關(guān)聯(lián)空白，還為生態(tài)模型提供了關(guān)鍵參數(shù)，提升了森林碳–水循環(huán)模擬精度。反射光譜技術(shù)的應(yīng)用，也為未來通過遙感實(shí)現(xiàn)大范圍、高時(shí)效監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)，對(duì)預(yù)測(cè)氣候變化下森林功能動(dòng)態(tài)、制定科學(xué)管理策略具有重要意義。

該研究成果于近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Plant, Cell & Environment。國家植物園（南園）博士后楊楠為論文第一作者，嚴(yán)正兵研究員為通訊作者。國家植物園（南園）劉玲莉研究員、香港大學(xué)吳錦副教授、加利福尼亞大學(xué)Lawren Sack教授、西班牙塞古拉應(yīng)用土壤學(xué)與生物學(xué)中心José Ignacio Querejeta研究員和澳大利亞詹姆斯?庫克大學(xué)Lucas A. Cernusak教授等參與了該項(xiàng)研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、植被結(jié)構(gòu)功能與建造全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等的資助。

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https://doi.org/10.1111/pce.70323