三相比水势曲线的扩展：土壤水分胁迫下气孔关闭与膨压丧失阈值的VPD校正模型

本研究针对气候变化背景下大气水汽压差(VPD)与土壤干旱协同影响木本植物水分利用的难题，通过构建VPD校正的三相比水势(Ψ)曲线模型，首次在榛树(Corylus avellana)中实现了土壤水分胁迫与大气干旱的精准解耦。研究人员开发了基于ΔΨMD的扩展分析方法，证实气孔完全关闭(gs-min)和膨压丧失点(TLP)阈值主要受土壤水分驱动，为木本作物抗旱表型分析提供了新工具。该成果发表于《Plant Physiology》，对气候变化下的精准灌溉管理具有重要指导意义。

　　

随着全球气候变化加剧，大气水汽压差(VPD)升高与降水模式改变正对木本作物构成双重胁迫。在土壤-植物-大气连续体(SPAC)中，茎水势(Ψ)同时受土壤干旱和大气VPD影响，但传统方法难以区分二者的相对贡献。这一问题在气孔调节机制研究中尤为突出——气孔关闭既可能由土壤水分匮乏直接引发，也可能是高VPD导致的瞬时水力失衡所致。更复杂的是，木本植物的膨压丧失点(TLP)测定常受环境波动干扰，使得抗旱性评价存在偏差。

为解决这些难题，不列颠哥伦比亚大学土地与食品系统学院的研究团队以对VPD敏感的榛树(Corylus avellana)为模型，创新性地扩展了三相比水势曲线(Ψ-curve)分析方法。通过为期两年的温室控制实验，研究人员在'Jefferson'和'Yamhill'两个品种中系统监测了干旱进程中茎水势(Ψ_PD和Ψ_MD)、气孔导度(g_s)和膨压参数的变化规律，结合压力-体积曲线(PV曲线)和减法测定法验证阈值准确性。

关键技术包括：(1)使用称重式蒸渗仪连续监测土壤含水量和蒸腾耗水；(2)建立VPD校正的茎水势基线模型(ΔΨ_MD=Ψ_MD-(a+b×VPD_MD))；(3)分段线性回归(PLR)识别Ψ曲线三相边界(Θ₁和Θ₂)；(4)压力室测定膨压丧失点(TLP_PV)与渗透压(π)。

VPD敏感性验证
通过完全灌溉条件下的响应分析，发现两个品种的Ψ_MD随VPD_MD升高(1→2.5 kPa)线性下降0.2 MPa，斜率均为-0.16 MPa kPa^-1。蒸腾速率(ET_N)在VPD_D>1.1 kPa时达到平台，证实榛树存在典型的VPD敏感性。

三相曲线特征
原始Ψ曲线(Ψ_PD-Ψ_MD)与VPD校正曲线(Ψ_PD-ΔΨ_MD)均呈现显著的三相结构。'Jefferson'的Θ₁与Θ₁'均为-0.85 MPa，Θ₂与Θ₂'分别为-1.79/-1.80 MPa；'Yamhill'对应值分别为-1.05 MPa和-1.99 MPa，标准误差(SE)相近，表明VPD校正未改变曲线本质特征。

生理阈值验证
气孔完全关闭阈值(g_s-min)与Θ₁'高度吻合：'Jefferson'为-0.86 vs -0.85 MPa(P=0.458)，'Yamhill'为-1.16 vs -1.05 MPa(P=0.325)。膨压丧失点测定显示，TLP_PV('Jefferson'=-1.76 MPa，'Yamhill'=-2.06 MPa)与Θ₂'差异<0.1 MPa，减法测定结果(TLP_S)进一步验证该结论。

该研究首次证明在VPD敏感物种中，气孔关闭和TLP主要受土壤水分调控。所建立的ΔΨ_MD校正模型能有效消除环境波动干扰，为木本植物抗旱表型分析提供了标准化工具。实践意义在于：(1)确定榛树气孔关闭发生在轻度水分胁迫阶段(Ψ_PD≈-1 MPa)，早于传统认知；(2)揭示'Yamhill'通过更低TLP(-2.06 MPa)获得更强抗旱性；(3)为气候变化下的品种选育和精准灌溉提供理论依据。该方法可扩展应用于其他经济林木，推动SPAC研究的定量化发展。