科學家揭示大氣氣溶膠提高植物水分利用效率的機制

中國科學院植物研究所研究員劉玲莉團隊通過在北京森林生態系統定位研究站開展了長期的野外研究，揭示了大氣氣溶膠提高植物水分利用效率的機制。相關研究成果于近日發表于《新植物學家》。

工業及汽車尾氣排放、生物質燃燒等人類活動導致全球不同區域的大氣氣溶膠濃度顯著增加。氣溶膠濃度上升可同時改變地表輻射、溫度和水分條件，從而影響陸地生態系統碳水循環。由于控制試驗開展難度較大，野外觀察受多種環境因子協同變化影響，氣溶膠如何影響植被碳水生理過程的研究仍十分有限，限制了對相關機理的認識。

劉玲莉團隊在北京森林生態系統定位研究站開展了長期的野外研究，監測了不同氣溶膠天氣下樹木葉片光合、蒸騰、莖干液流、莖干生長等系列生理指標及相關的環境數據，結合多種統計模型和機器學習方法，在葉片和冠層水平揭示了氣溶膠的氣候效應對植被碳水過程的影響機理。

研究發現，氣溶膠濃度升高可顯著降低空氣水汽壓差（VPD），同時減少地表總輻射，兩個過程對冠層外部陽生葉片光合作用的影響相互抵消，但均導致蒸騰作用下降，從而提高了陽生葉水分利用效率；同時，氣溶膠覆蓋下，散射輻射明顯增加，促進了冠層內部陰生葉片的光合作用，但對其蒸騰作用影響較小，因此提高了陰生葉的水分利用效率。

在對莖干生長和莖干液流高頻監測數據的進一步分析后，研究人員發現，高氣溶膠濃度導致莖干液流顯著下降，但促進了樹木徑向生長，從而也提高了樹木冠層水平的水分利用效率。

研究結果表明，氣溶膠對輻射和空氣濕度的影響使得植被光合和蒸騰的響應解耦，從而導致水分利用效率提高。在陸地生態系統水分利用效率變化趨勢的評估中應綜合考慮氣溶膠的重要影響。

相關論文信息：https://doi.org/10.1111/nph.19877