The Innovation | 秋季和春季的区别：植物在秋季具有更高的光合作用能力

导 读

在不同环境因子的控制下，植物光合作用能力表现出显著的季节性差异，但目前对其认知还有不小的争议与分歧，极大限制了科学界对于植物光合作用季节性变化特征的认识水平，影响生态系统模型准确模拟植被光合作用季节性的能力。为此，厘清植物光合作用季节性差异及其驱动机制是当前重要的科学问题。

图1 图文摘要

大气水分胁迫是影响陆地植物生长的重要气象要素。大气水分胁迫可以用大气饱和水汽压亏缺（VPD: 大气的饱和水汽含量与实际水汽含量的差值）表示，VPD值越大表示大气水分胁迫越剧烈，使得植物向外散失水分的压力越强。此时，植物会关闭气孔减少水分散失，同时减少细胞间的CO₂浓度，从而制约了植物光合作用。究竟VPD对植物光合作用有多大影响？目前而言，VPD季节间差异及其对于植物光合作用的影响尚缺乏清晰的认识。因此，本研究团队利用全球100个站点地面实际观测资料进行了分析，以期回答这一问题。

本研究从大气水分胁迫的季节性差异入手，利用涡度通量站点数据、全球气象资料和植被生产力模型数据，研究了大气水分胁迫对植被光合作用季节性差异的影响。结果表明：在全球大部分地区，与春季相比，秋季的VPD较低（图2，Type AutLow类型）；只有较小区域内秋季的VPD高于春季（图2，Type AutHigh类型），主要位于干旱半干旱地区和我国华南地区。

图2 同等温度下大气水分胁迫在春季和秋季的差异

大气水分胁迫导致了植物光合作用能力产生显著的季节性差异。在Type AutLow的通量站点上（秋季大气水分胁迫低），植物在秋季表现出比春季更强的光合作用能力（图3B, C）。相反地，在Type AutHigh站点上，植物在秋季表现出低的光合作用能力。此外，通量观测站点的分析同样显示，植物光合作用能力在春秋季间的差异与VPD的差异具有很强的相关性。利用全球植被生产力模拟资料，本研究进一步分析了植物光合作用能力季节性差异在全球的分布格局。结果显示：其空间分布格局与大气VPD季节性差异的分布格局相一致（图4），即在全球尺度上，VPD能反映植物光合作用能力的季节性差异。

图3 大气水分胁迫AutLow及AutHigh类型区饱和水汽压亏缺VPD、光能利用效率LUE及表观量子效率α在春季和秋季的差异

图4 同等温度下光能利用效率在春季和秋季的差异

由上可知，大气VPD季节性差异对于植物光合作用活动季节性变化起到重要作用。本研究进一步揭示：在全球变暖的背景下，1901-2015年春季和秋季VPD均呈现持续增加趋势，然而春季VPD增加趋势显著高于秋季（图5A-E），即春秋两季的VPD差异持续增加，且在未来情景中该差异仍将继续增加（图5A）。这意味着，受大气VPD的影响，陆地植物光合作用所面临的大气干旱胁迫将越来越严重，特别是植物光合作用活动的季节性差异也将持续增加。

图5 春季及秋季大气饱和水汽压亏缺VPD长期趋势对比

总结和展望  

本研究利用全球100个站点的实际观测资料，揭示了全球尺度上秋季光合作用高于春季，强调在研究植物光合作用季节性变化时，大气水分胁迫的影响至关重要。在全球变暖背景下，为全球碳循环研究提供了新的理论支撑。

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00088-6

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第二卷第四期以Report发表的“Higher plant photosynthetic capability in autumn responding to low atmospheric vapor pressure deficit” (投稿: 2021-01-22；接收: 2021-09-02；在线刊出: 2021-09-07)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100163

引用格式：Wang Y., Xu W., Yuan W., et al. (2021). Higher plant photosynthetic capability in autumn responding to low atmospheric vapor pressure deficit. The Innovation. 2(4),100163.

作者简介

袁文平，中山大学大气科学学院教授，博士生导师。主要从事陆地生态系统模型研究，目前主要集中于碳分配、CH₄、N₂O、微生物等模型发展和改进、陆地生态系统-水文耦合模型等方面，并利用遥感数据估算植被生产力和粮食产量。国家杰出青年基金获得者，第十六届中国青年科技奖获得者，爱思唯尔2020中国高被引学者，SCI刊物Ecological Processes副主编，The Innovation, Journal of Remote Sensing,《遥感技术与应用》编委。

Web：http://atmos.sysu.edu.cn/teacher/358

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