葉片內在水分利用效率（iWUE）是衡量植物碳獲取與水分消耗權衡的關鍵指標，對于理解森林生態系統碳–水循環耦合及其對環境變化的響應具有重要意義。然而，對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鍵葉片性狀和生化特征調控，仍缺乏系統性認識。盡管羧化能力、氣孔導度和多種葉片功能性狀已被用于解釋iWUE變異，但關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十分有限。鐵、錳、鈣、鈉等元素在光合作用電子傳遞、光系統結構穩定和氣孔調控中發揮重要作用，但其協同調節機制尚未被系統揭示。同時，反射光譜技術能否準確表征iWUE及其性狀關聯仍缺乏跨森林生態系統的驗證。這些知識空缺限制了我們對森林碳–水耦合機制的理解，也影響了生態模型對未來森林碳水循環和植物適應策略的預測。

跨森林生態系統葉片元素組與水分利用效率關聯機制

針對上述問題，國家植物園（南園）植被結構與功能研究團隊嚴正兵研究員等依托中國科學院林冠塔吊平臺，系統采集我國三大典型森林生態系統的林冠葉片樣本，進行了iWUE與多重葉性狀、葉反射光譜的關聯研究。結果表明，最大羧化速率，氣孔導度，鐵、氮、鈉、錳濃度以及比葉重是驅動iWUE變異的關鍵性狀。同時，氣候因子通過“環境–性狀–iWUE”鏈式路徑調控水分利用策略，且受其驅動的葉片元素濃度和比葉重對iWUE的直接影響，強于通過羧化速率和氣孔導度的間接作用。其次，葉片反射光譜技術在表征iWUE變異及性狀與iWUE的關聯方面，展現出較高的準確性。

本研究不僅填補了“元素功能–水分利用策略”關聯空白，還為生態模型提供了關鍵參數，提升了森林碳–水循環模擬精度。反射光譜技術的應用，也為未來通過遙感實現大范圍、高時效監測奠定基礎，對預測氣候變化下森林功能動態、制定科學管理策略具有重要意義。

該研究成果于近日在線發表于國際學術期刊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、香港大學吳錦副教授、加利福尼亞大學Lawren Sack教授、西班牙塞古拉應用土壤學與生物學中心José Ignacio Querejeta研究員和澳大利亞詹姆斯?庫克大學Lucas A. Cernusak教授等參與了該項研究。該研究得到國家自然科學基金項目、植被結構功能與建造全國重點實驗室開放課題等的資助。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻