气候变化下大气环流对植物-微生物-土壤互作系统的多尺度调控机制

本研究针对气候变化背景下大气环流（如ENSO事件）如何调控植物-微生物-土壤互作这一关键科学问题，通过多源数据库分析和跨区域观测，揭示了极端干旱下水稻蒸腾受VPD（蒸汽压差）主导、森林土壤呼吸对ENSO的滞后响应等新机制，为生态系统碳-水循环预测提供了理论支撑。成果发表于《Plant and Soil》特刊，涵盖13项创新研究。

　　

随着全球气候变化加剧，大气环流模式改变正深刻影响着陆地生态系统的功能。北极放大效应和行星波准共振等现象导致极端气候事件频发，但植物-微生物-土壤系统如何响应这些变化仍存在认知空白。特别是在东亚季风区，ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）等大尺度环流异常如何通过改变水热条件来调控生态系统碳-水循环，成为亟待解决的科学难题。

云南大学云南省大湄公河次区域气象灾害与气候资源重点实验室的研究团队联合国际同行，在《Plant and Soil》发表的特刊研究中，整合多源观测数据和模型分析，系统阐明了大气环流对生态系统的多尺度影响。研究采用跨区域对比分析（涵盖中国亚热带至温带生态系统）、稳定同位素示踪（如氢同位素分析土壤水分来源）和微生物组测序等技术，结合长期气候数据库（如2009-2011年干旱事件记录）和meta分析方法，揭示了关键机制。

【大气环流与植物-土壤系统的大尺度响应】

He等发现亚热带雨养水稻在极端干旱期间蒸腾量（ET）反常增加，其主导因素从常规的土壤水分（SM）转变为大气蒸汽压差（VPD），表明气孔调节在干旱胁迫中的关键作用。Shen等则证实东亚季风区森林土壤呼吸（尤其异养呼吸Rh）对ENSO事件存在7个月滞后响应，这种延迟效应与环流驱动的降水格局改变直接相关。

【极端气候事件的生态效应】

Chu团队在松嫩草甸的实验中揭示，短期胁迫下一年生植物更依赖微生物介导的种间竞争，而多年生植物则通过根系性状适应维持优势。Yang等在美国加州海岸草原的观测进一步显示，干旱会导致微生物共现网络重构，但植被恢复能增强其抵抗力。

【养分循环与大气沉降影响】

Pei等发现氮沉降在干旱草地加剧生物多样性丧失，而Yuan团队在亚热带森林的试验表明，老龄林通过凋落物混合效应显著降低N₂O排放量，这种"气候减缓服务"随森林演替逐步增强。

该系列研究首次系统整合了大气环流-生态系统互作的级联效应，其创新性体现在三方面：一是揭示了VPD对干旱区植物水循环的"意外主导"现象；二是构建了ENSO事件与土壤碳释放的时滞响应模型；三是明确了微生物功能群在气候适应中的"缓冲器"作用。这些发现为改进地球系统模型中的生物地球化学循环参数提供了实验依据，对制定基于自然的气候变化解决方案（如森林恢复策略）具有重要指导价值。