干旱条件下气孔导度(gs)估算：基于能量平衡方程的现象学模型参数化与机制解析

本研究针对气候变暖背景下干旱胁迫导致气孔导度(gs)预测不准的难题，通过大豆和油菜的两年田间实验，系统评估了传统Ball-Woodrow-Berry (BWB)模型参数在水分胁迫下的变异规律，创新性提出基于Penman-Monteith (PM)能量平衡方程的物理机制模型。研究发现BWB模型斜率参数随水分胁迫显著变化，而PM方法在油菜中表现优异，大豆则需引入叶温波动(ΔTleaf)修正。该研究为无经验函数预测干旱条件下光合-蒸腾耦合过程提供了新范式。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱事件频发对农作物生产力构成严峻挑战。气孔作为植物与大气交换水汽和CO₂的关键门户，其开度（即气孔导度g_s）的精准预测成为模拟光合-蒸腾耦合过程的核心难题。传统Ball-Woodrow-Berry (BWB)模型虽广泛应用，但其依赖经验性水分函数(f_w)，且假定非斜率参数在干旱下恒定，这些局限在气候变化背景下日益凸显。更棘手的是，基于优化理论或水力机械的模型虽理论优美，却因复杂度高难以推广。南京信息工程大学农业气象实验站的研究团队独辟蹊径，选取占中国油料作物84%面积的大豆和冬油菜为模式植物，通过两年系统性田间试验，首次在农业生态系统中验证了基于Penman-Monteith (PM)能量平衡方程的物理机制模型的普适性。

研究团队采用多技术联用策略：在32°12′N的亚热带季风区搭建雨棚控制试验场，设置不同水分处理；结合BWB-Leuning-Yin模型参数拟合、PM方程反演计算g_s、以及Farquhar-von Caemmerer-Berry (FvCB)光合生化模型耦合CO₂扩散定律，构建了完整的理论预测框架；通过监测20cm土层水分动态和冠层温度变化，量化了水分胁迫与生理参数的响应关系。

【植物材料与生长条件】
在长江下游的田间试验中，研究发现大豆的日间呼吸(R_d)和CO₂补偿点(C_i*)对水分胁迫不敏感（1.27-2.82 μmol m^-2 s^-1），而油菜C_i*则呈现24.86-80.11 μbar的显著波动，暗示作物特异性响应机制。

【评估BWB-Leuning-Yin模型参数】
突破性发现BWB模型的斜率参数并非如传统认知那样稳定——大豆在水分胁迫下气孔对蒸汽压亏缺(VPD)的响应强度改变，直接导致预测误差增大15-22%。这颠覆了"仅需调整f_w函数"的主流假设。

【PM能量平衡方法的验证】
PM方法在油菜中表现出色（R²>0.89），但对大豆需引入ΔT_leaf修正项。这是由于大豆叶片在水分亏缺时温度波动较对照增加3.2±0.8°C，显著影响能量平衡计算。

这项发表于《Ecological Modelling》的研究具有三重里程碑意义：首次证实BWB模型多参数协同响应干旱的作物特异性规律；创建了整合PM能量方程、Fick扩散定律和FvCB模型的"三位一体"预测体系，避免经验函数引入；为东亚季风区主要油料作物的水分生产力评估提供了新工具。正如通讯作者Xinyou Yin强调的，该物理机制框架可扩展应用于其他生态系统，为应对气候变化下的精准农业管理提供了理论基石。