叶片内在水分利用效率（iWUE）是衡量植物碳获取与水分消耗权衡的关键指标，对于理解森林生态系统碳–水循环耦合及其对环境变化的响应具有重要意义。然而，不同森林类型中植物水分利用策略的差异及其受哪些关键叶片性状和生化特征调控，仍缺乏系统性认识。尽管羧化能力、气孔导度和多种叶片功能性状已被用于解释 iWUE 变异，但关于叶片元素组如何在跨气候带尺度影响水分利用策略的证据十分有限。诸如铁、锰、钙、钠等元素在光合作用电子传递、光系统结构稳定和气孔调控中发挥重要作用，但其协同调节机制尚未系统揭示。同时，反射光谱技术在植物功能监测中的应用迅速发展，其能否准确表征 iWUE 及其性状关联仍缺乏跨森林生态系统的验证。这些知识空缺限制了我们对森林碳–水耦合机制的理解，也影响了生态模型对未来森林碳水循环和植物适应策略的预测。

针对上述问题，严正兵研究员等依托中国科学院林冠塔吊平台，系统采集我国三大典型森林生态系统的林冠叶片样本，进行了iWUE 与多重叶性状、叶反射光谱的关联研究。结果表明，最大羧化速率，气孔导度，铁、氮、钠、锰浓度以及比叶重是驱动iWUE变异的关键性状。同时，气候因子通过 “环境–性状–iWUE” 链式路径调控水分利用策略，且受其驱动的叶片元素浓度和比叶重对 iWUE 的直接影响，强于通过羧化速率和气孔导度的间接作用。其次，叶片反射光谱技术在表征 iWUE 变异及性状与 iWUE 的关联方面，展现出较高的准确性。本研究不仅填补了“元素功能–水分利用策略”关联空白，还为生态模型提供关键参数，提升了森林碳–水循环模拟精度。反射光谱技术的应用，也为未来通过遥感实现大范围、高时效监测奠定基础，对预测气候变化下森林功能动态、制定科学管理策略具有重要意义。

该研究成果于12月5日在线发表于国际学术期刊Plant,Cell & Environment。植物所博士后杨楠为论文第一作者，严正兵研究员为通讯作者。植物所刘玲莉研究员、香港大学吴锦副教授、加利福尼亚大学Lawren Sack教授、西班牙塞古拉应用土壤学与生物学中心José Ignacio Querejeta研究员和澳大利亚詹姆斯・库克大学Lucas A. Cernusak教授等参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金项目、植被结构功能与建造全国重点实验室开放课题等的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1111/pce.70323

跨森林生态系统叶片元素组与水分利用效率关联机制