综述：大气干旱化加剧对陆地生态系统碳循环的影响

本综述系统分析了大气干旱化（以VPD为指标）加剧对陆地碳循环的影响机制，揭示了其对叶面积指数（LAI）、总初级生产力（GPP）和光利用效率（LUE）的抑制作用，并指出当前模型在植物响应机制（如气孔关闭、水力衰竭）方面存在的认知缺口。

　　

大气干旱化与陆地碳循环的相互作用机制

随着全球气候变暖的加剧，大气干旱化现象正通过影响植物生理过程深刻改变着陆地生态系统的碳循环格局。本文综述了以蒸气压亏缺（VPD）为核心指标的大气干旱化趋势及其对碳循环的多维度影响。

VPD的时空变化特征

自20世纪90年代末以来，全球平均VPD以每年0.0155±0.0041 hPa的速率持续上升。这种上升趋势呈现出显著的空间异质性，干旱半干旱地区的增幅尤为明显。VPD的升高直接反映了大气吸水能力的增强，导致植物体水分流失加剧。

对植被生产力的抑制作用

观测数据表明（1982-2015年），VPD每升高1 hPa会导致：

• •
  叶面积指数（LAI）减少0.11±0.07 m² m^-2
• •
  全球总初级生产力（GPP）下降13.82±3.12 PgC
• •
  光利用效率（LUE）降低0.04±0.02 gC MJ^-1（2001-2020年）
• •
  净生态系统生产（NEP）减少5.59±1.15 PgC（1982-2013年）

植物生理响应机制

植物通过多途径响应VPD升高：

1. 1.
   气孔关闭（Stomatal closure）：植物通过减少气孔开度限制水分流失，但同步抑制了CO₂吸收
2. 2.
   水力衰竭（Hydraulic failure）：高VPD导致木质部导管空穴化，破坏水分运输系统
3. 3.
   脱落酸生物合成（ABA biosynthesis）：激素信号通路激活应激响应机制
4. 4.
   连锁生态效应：通过加剧土壤水分亏缺和增加火灾风险间接影响碳循环

模型预测的挑战

当前陆地碳循环模型面临两大挑战：

1. 1.
   环境因子耦合干扰：土壤水分、温度和辐射等因子与VPD存在协同效应，难以分离单一影响
2. 2.
   机制认知不足：植物水力结构调节、非气孔调节等过程缺乏定量参数化方案

未来研究方向

应优先开展全球尺度的VPD控制实验，重点研究：

• •
  植物水力结构与碳同化的耦合机制
• •
  不同功能型植物对VPD的响应阈值
• •
  生态系统级碳-水通量的协同变化
  通过将实验获得的机制参数融入模型，最终提升陆地碳循环对未来气候情景的预测能力。