水分利用效率（WUE）反映了植物在光合碳同化和水分散失之间的权衡，是评估植物对不同气候条件适应能力的重要指标。叶片气孔作为同时调控二氧化碳（CO2）和水汽交换的通道，对植物水分利用效率具有至关重要的影响。此外叶片光合性状会影响叶片内部CO2的同化速率，进而影响植物的水分利用效率。然而，目前仍不清楚叶片气孔和光合性状如何共同影响气候梯度上不同森林类型水分利用效率的空间分布格局及物种间的差异。
中国科学院植物研究所刘玲莉研究组依托中国科学院北京森林生态系统定位研究站，结合长白山、鼎湖山、西双版纳3个CERN台站，利用塔吊和高枝剪等设施设备，对寒温带、暖温带、亚热带和热带的四种中国典型自然森林生态系统中43种优势阔叶树种进行了冠层叶片取样。利用叶片碳稳定性同位素指示叶片水分利用效率，同时测量了叶片气孔性状、光合性状以及最大气孔导度和最大羧化能力等参数。结合气候和土壤等环境信息，解析了环境和叶片性状对水分利用效率的调控机制。研究发现，寒温带森林中的树木叶片表现出“快速”的经济学特性，即具有较高的叶氮含量、叶绿素含量、比叶面积和最大羧化能力，这反映了物种对该地区较短生长季的适应；然而，这些叶片的水力学特性较“慢”，即具有更大但较少的气孔，从而导致较高的叶片水分利用效率。相反，热带森林树种的叶片具有较小但密度较高的气孔，这种组合使得叶片能够快速响应多变的光照环境。然而，这种气孔组合增加了潜在的水分散失，加之叶片较低的光合能力，导致了较低的叶片水分利用效率。上述发现解析了在气候梯度下植物的光合和气孔性状调控碳-水权衡的生理生态机制，有助于提升气候变化对森林碳水循环影响的预测能力。
该研究成果于9月2日在线发表于国际学术期刊New Phytologist。植物所博士研究生潘胜难为论文第一作者，王欣副研究员和刘玲莉研究员为共同通讯作者。香港大学吴锦助理教授、植物所严正兵研究员和苏艳军研究员参与了研究工作。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.20100
气候通过调控叶片气孔和光合性状影响树木水分利用效率的路径分析