生境CO2浓度与水分条件对植物水分利用效率的影响研究综述

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摘要：水分利用效率（Water Use Efficiency, WUE）是研究陆地植被生态系统碳-水循环及其耦合关系的重要指标，其动态变化直接影响全球碳汇功能与水资源可持续利用。而CO2和水是植物生命活动的重要物质基础，可以通过调节植物光合、蒸腾等生理过程影响WUE。在全球气候变化背景下，大气CO2浓度升高与区域水分格局变化愈发明显，对植物生长以及WUE产生显著影响。本文系统总结了生境CO2浓度及水分条件对植物WUE的影响机制及其响应规律。结果表明：CO2浓度与水分条件对植物WUE的影响呈现非线性特征，短期CO2浓度升高会通过激活Rubisco羧化酶活性提升光合碳同化效率，进而提高光合速率，同时诱导气孔变化使气孔导度降低，协同减少植物蒸腾失水来显著提高WUE，但长期高CO2浓度会导致植物产生光合适应现象，从而削弱光合生理过程对WUE正效应；而水分则通过梯度响应机制调控气孔行为、植物形态等从而影响WUE，适度干旱会激发气孔优化策略，叶片气孔导度降低，在蒸腾速率降幅大于光合抑制提升WUE，而重度干旱则因非气孔限制引发WUE显著下降，水分盈余时通过抑制根系吸水效率间接制约WUE；此外，CO?与水分存在显著交互效应，CO?浓度升高可在一定程度上缓解干旱胁迫对WUE的负面影响，但长期协同作用受植物光合类型调控，CAM植物WUE比C3和C4植物的高，C4植物的WUE比C3植物的高；且植物WUE对CO?和水分的响应具有多尺度分异，叶片尺度、个体尺度、群落和生态系统尺度响应方式亦呈现出差异。分析植物生境CO2浓度和水分条件对植物WUE的影响，可深化对气候变化下植物碳-水权衡策略的认知，提高对气候变化下植物生存策略的认识，为气候变化背景下区域植被选择、恢复、管理提供理论支持，为作物选育提供参考，对生态环境保护和恢复、生态文明建设、作物高产保障粮食安全具有重要意义。