《Ecohydrology》：The Role of Leaf Wettability and Morphology on Leaf Surface Water Storage: A Cross-Biome Synthesis
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本文系统探讨了叶片最大持水容量（MWSC）在不同生物群系中的差异及其影响因素，通过对比喷洒与浸没两种测量方法，揭示了叶片润湿性（接触角）、形态特征（如毛状体、叶缘结构）和干旱梯度对MWSC的调控机制。研究强调标准化方法的必要性，并为理解叶片湿润对生态系统水碳通量的影响提供了关键参数。
引言
叶片表面的水分存在形式（如截留降雨、露水凝结）对植物功能与生态系统通量具有多重影响。截留水分可通过茎流或穿透雨进入土壤，间接改善植物水分状况；叶面持水还能通过角质层或气孔吸收（叶面水分吸收），直接增强水分利用。此外，叶面水分蒸发可降低蒸散需求，并通过降温效应调节光合作用与碳同化，但持续湿润也会促进病原体繁殖。全球年均叶片湿润日数超过100天，湿润持续时间可达数小时/天，截留水量占降水的10%–50%，其再蒸发贡献了湿润北方森林中约25%的蒸散量。
最大植冠水分储存容量（MWSC）是描述叶面最大持水能力的关键参数，通常以单位叶面积的毫米水柱表示。它受植物形态（如叶角分布、表皮蜡质、毛状体）和气候条件共同调控，但现有研究多集中于单一生态系统，且测量方法（喷洒法与浸没法）存在争议，导致结果难以跨生物群系比较。
方法
物种选择与采样
从美国国家生态观测网（NEON）8个站点（覆盖干旱梯度）选取9种优势木本植物，包括干旱区的Artemisia tridentata（具毛状体）和Prosopis glandulosa，半干旱区的Fraxinus velutina和Prunus virginiana等。样本于2024年9月采集自加州大学伯克利植物园，测定叶形、面积、叶角分布（ImageJ软件分析）等形态指标。
MWSC测量
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喷洒法：模拟自然降雨，用喷雾瓶向水平放置的叶片均匀喷水，直至水分开始滴落，通过干湿重差计算MWSC。
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浸没法：将叶片垂直浸入水中5–10秒，取出后水平静置10秒使水分滴落，再称重计算MWSC。两种方法均以单位叶面积（单面）标准化。
接触角测量
使用光学张力计通过静滴法测定叶片正面接触角，角度>90°为疏水性表面。
数据整合
结合文献数据（Web of Science检索），按干旱指数将物种分类为干旱、半干旱、干半湿润和湿润区，对比不同方法及生物群系的MWSC差异。
结果
方法学差异
喷洒法测得的MWSC普遍高于浸没法（2–8倍），且二者呈强线性正相关（R2= 0.84）。干旱物种的喷洒/浸没比值最高（如P. glandulosa达6.33倍），疏水性叶片（接触角大）的差异更显著。
叶片润湿性与MWSC
接触角与喷洒法MWSC正相关（R2= 0.40），疏水叶片（如干旱物种）持水能力更强。毛状体存在虽增加疏水性，但可能通过滞留空气层降低浸没法MWSC。例如，具毛状体的Symphoricarpos orbiculatus浸没值远低于其他湿润物种。此外，细锯齿叶缘（如Vaccinium angustifolium）通过增加表面粗糙度提升喷洒法MWSC。
干旱梯度的影响
干旱区物种MWSC显著高于其他区域（ANOVA p< 0.001），但半干旱、干半湿润和湿润区之间无显著差异。文献数据稀缺性突出，尤其是干旱、半干旱区的喷洒法MWSC记录不足。
叶角分布
干旱物种叶角分布变异大（如A. tridentata为直立型，P. glandulosa偏平展型），未发现叶角与干旱程度的明确规律。
讨论
方法学偏差机制
浸没法可能因短时间浸泡（5–10秒）无法形成均匀水膜，或叶片快速浸没时滞留空气层（尤其毛状体表面），导致低估MWSC。喷洒法的小液滴则更易吸附于叶面，模拟自然降雨更贴合实际。
叶片特性与持水能力
毛状体通过毛细作用增强喷洒法持水，但加剧浸没法的空气滞留问题。叶缘结构等形态特征（如锯齿）虽不直接影响接触角，却能通过增加粗糙度提升持水能力。叶片自然角度（非水平）可能使MWSC高估，尤其直立型物种。
干旱适应意义
干旱物种的高MWSC可能利于蒸发降温或叶面吸水，缓解水分胁迫。但MWSC和润湿性受季节、叶龄动态影响，静态干旱分类需结合时空变异分析。
结论
本研究明确喷洒法能更准确反映MWSC，尤其对于疏水叶片。叶片润湿性、毛状体和形态结构是调控MWSC的核心因素，干旱物种表现出独特的持水优势。未来需标准化方法，加强干旱区数据采集，并整合叶角动态研究，以提升生态系统水通量模型的精度。
