生态系统总初级生产力（GPP）是生物圈与大气之间最大的碳通量，理解GPP的水分响应是准确预测气候变化-碳循环反馈关系的关键。目前的地球系统模型通常基于土壤水分的经验函数（β）来表征GPP对水分亏缺的响应，因为土壤水分是植物光合作用过程的主要限制因子。其中，β取值范围为0到1，β？=1表示无土壤水分胁迫下的最大光合速率。然而，近期的观测研究发现土壤水分过高也会对GPP产生抑制作用。这说明GPP和土壤水分之间存在单峰关系，具有最适土壤水分（SM^GPP_opt，此时GPP达到最大值）。SM^GPP_opt表征土壤水分对GPP影响由正向负的拐点。尽管该单峰关系的概念已被建立，但是SM^GPP_opt的量化工作仍然十分有限。迄今为止，在全球范围内还没有基于观测数据的SM^GPP_opt评估。至于生态系统能否通过调整SM^GPP_opt来适应土壤水分变化更是知之甚少。

在此，我们分析了全球FLUXNET143个站点的GPP土壤水分响应曲线。结果表明，其中108站点的GPP土壤水分响应曲线呈抛物线型，SM^GPP_opt在全球不同生物群落中广泛存在。进一步分析显示，SM^GPP_opt的分布主要受水分条件的控制，即干旱生态系统的SM^GPP_opt通常高于湿润生态系统，反映了生态系统的水分适应性。该适应性也被一项野外水分控制实验所验证。实验发现，经过长期干旱处理后，生态系统通过下调SM^GPP_opt来降低水分需求。以上研究结果为SM^GPP_opt的存在及其水分适应性提供了观测和实验证据，有助于改善气候变化下陆地碳吸收过程的理解和预测。

该成果近期发表于Nature Communications，第一作者为博士研究生彭金龙，通讯作者为牛书丽研究员，还有来自中国科学院生态环境研究中心和西南民族大学的合作研究人员。本研究得到国家自然科学基金和科技部重点研发项目的资助和支持。

论文信息：

Peng,J.,Tang,J.,Xie,S.,Wang,Y.,Liao,J.,Chen,C.,Sun,C.,Mao,J.,Zhou,Q.,& Niu,S. (2024). Evidence for the acclimation of ecosystem photosynthesis to soil moisture. Nature Communications,15,9795.

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54156-7