中国三种森林生态系统干旱回避策略对总初级生产力的贡献机制解析

本研究针对全球干旱加剧背景下生态系统功能稳定性问题，通过构建植被光学深度(VOD)与总初级生产力(GPP)的理论框架，首次量化了干旱回避策略对三种中国森林GPP的相对贡献(Imp)。研究发现温带混交林(CN-Cha)的Imp(58.2-66.4%)显著高于亚热带常绿林(CN-Din 2.3-6.6%；CN-Qia 3.1-23.6%)，揭示了水分条件差异驱动的生态系统抗旱策略分化，为预测气候变化下森林碳汇功能提供了新视角。

　　

随着全球干旱事件频率和强度持续增加，极端干旱对植物生理及生态系统碳-水循环的负面影响日益凸显。作为陆地碳循环的最大通量，总初级生产力(GPP)的干旱响应机制直接关系到生态系统稳定性，但学界对湿润与干旱生态系统GPP干旱敏感性的争议持续存在。这种争议可能源于不同生态系统抗旱策略的差异——干旱区植物多协同运用回避(如气孔调节)与耐受(如渗透调节)策略，而湿润区植物往往缺乏有效耐受机制，其GPP稳定性可能更依赖干旱回避策略。然而，该策略对GPP的具体贡献始终缺乏量化手段，严重制约了对未来气候情景下生态系统脆弱性的准确预测。

针对这一科学空白，中国研究人员在《Agricultural and Forest Meteorology》发表研究，创新性地构建了基于植被光学深度(VOD)的理论框架。该团队选取中国三种典型森林——亚热带常绿阔叶林(CN-Din)、亚热带常绿针叶林(CN-Qia)和温带针阔混交林(CN-Cha)，利用涡度相关通量数据与微波遥感VOD观测，首次量化了干旱回避策略对GPP的相对贡献(Imp)。研究通过解析夜间VOD(VOD_night，表征土壤水势)与日间VOD(VOD_day，表征植被水势)的关系反映回避策略强度，进而结合VOD_day-GPP关系计算Imp值。

关键技术方法包括：(1)利用AMSR-E卫星数据获取VOD时序；(2)基于FLUXNET通量站点的GPP观测；(3)构建VOD_night-VOD_day斜率模型量化回避策略强度；(4)采用分辨率校正消除时空尺度不匹配误差；(5)通过方差分析比较不同站点Imp差异显著性。

主要研究结果

1. 植物VOD与GPP的关系
   温带混交林(CN-Cha)的VOD_night-VOD_day斜率(0.76±0.05)显著低于两个亚热带站点(CN-Din 0.95±0.07；CN-Qia 0.96±0.04)，表明其更强的干旱回避能力。VOD_day与GPP呈显著正相关(R²=0.58-0.72)，验证了植被水分状态对光合作用的调控作用。

2. 三站点Imp差异
   CN-Cha的原始Imp(58.2±3.7%)与校正后Imp(66.4±0.7%)均远高于亚热带站点(CN-Din 2.3-6.6%；CN-Qia 3.1-23.6%)。这种差异主要源于CN-Cha更频繁的土壤水分亏缺(年均降水仅574mm)，迫使植物强化气孔调节与根系吸水等回避机制以维持光合活性。

3. 干旱回避策略对GPP的重要性
   研究首次证实干旱回避策略对GPP的贡献存在生态系统分异：在历史干旱较少的湿润区(如CN-Din)，植物依赖高环境水分补给，回避策略贡献微弱；而在周期性干旱的温带区(如CN-Cha)，回避策略成为维持GPP稳定的关键，这与Konings等提出的"等水-非等水"生态系统分类理论相呼应。

结论与意义
该研究开创性地建立了生态系统尺度干旱回避策略的量化方法，揭示了森林GPP响应干旱的生理生态机制。特别重要的是，发现温带混交林通过强化回避策略(如气孔快速关闭、深层根系)实现高Imp值，这种适应性可能使其在未来干旱中表现更强的恢复力。相比之下，长期处于湿润环境的亚热带森林因回避策略贡献有限，其GPP可能更易受极端干旱冲击。研究成果为预测不同气候区森林的碳汇功能变化提供了新指标(Imp)，对全球变化背景下的生态系统管理具有重要指导价值——在干旱加剧区域，保护具有深根系等回避特征的树种可能成为增强森林韧性的有效途径。