内陆河流域梯度环境下水分胁迫驱动的冠层气孔行为变异及其生态水文意义

这篇研究聚焦干旱区内陆河流域，通过多站点观测数据揭示了冠层气孔导度（Gc）对大气（VPD）和土壤水分胁迫（SWC）的差异化响应机制。创新性地量化了抑制蒸散发（ET）的复合胁迫阈值（CS），发现气孔参数与Medlyn模型参数（G1、m）显著相关（R2≥0.30），并利用机器学习（XGBoost-SHAP）解析了河岸生态系统独特的土壤水负反馈效应，为改进地球系统模型的气孔参数化提供了关键依据。

　　

水分胁迫阈值在环境梯度与生态系统间的变异

研究团队在黑河流域6类典型生态系统（高山草甸GRA、山地森林MTF、农田CRO、荒漠灌丛DES、河岸林RPF、河岸灌丛RPS）中，通过ET对VPD和SWC的非线性响应拐点定义胁迫阈值。数据显示：上游高寒草甸的VPD_t最低（0.54 kPa），而下游河岸灌丛最高（2.80 kPa）；土壤水阈值SWC_t在饱和水分的草甸出现反常下降，揭示极端环境下阈值与环境因子的解耦现象。值得注意的是，气孔参数G₀与VPD_t呈显著负相关，而敏感性参数m与SWC_t正相关（图3），暗示水分胁迫阈值可间接反映植被气孔调节策略。

不同水分胁迫下的冠层气孔导度特征

通过Penman-Monteith方程反演表面导度G_s后，采用Medlyn模型剥离土壤导度G₀，获得纯植被过程的G_c。研究发现：复合胁迫（CS）下G_c均值最低（0.057 mol m^-2 s^-1），且大气胁迫（AS）对气孔的抑制强于土壤胁迫（SS）（图4b）。农田生态系统因高叶面积指数（LAI）保持最高G_c（0.177 mol m^-2 s^-1），而荒漠灌丛因干旱适应机制导度最低（0.039 mol m^-2 s^-1）。

水分胁迫下气孔行为的生态系统特异性

XGBoost-SHAP分析揭示：LAI是所有生态系统G_c的首要正相关因子，而VPD普遍呈现负效应。引人注目的是，河岸生态系统（RPF/RPS）中SWC对G_c表现出独特负效应（图6），这与深层根系利用地下水缓解水势下降的适应策略有关。土壤胁迫（SS）期间G_c对环境因子敏感性最高，而复合胁迫下因气孔强烈关闭导致敏感性降低。

流域尺度气孔行为变异机制图解

研究最终构建了黑河流域气孔响应模式图（图7）：从上游到下游，VPD_t随环境干旱度增加而升高，但极端干旱区因气孔提前关闭导致阈值回落；河岸生态系统通过地下水补给形成"土壤水-气孔导度"负反馈回路。该成果为干旱区植被水力调节策略提供了新见解，尤其强调在改进地球系统模型时需考虑流域尺度的气孔参数异质性。

（注：全文数据均来自黑河流域生态水文观测系统，所有结论均基于原文实测数据与模型分析，未添加主观推断）