地学系陈德亮院士团队揭示大气水汽压差超过树木生长耐受阈值的风险持续增加
发布时间: 2026-09-22 10:40:06
清华新闻网9月15日电 大气水汽压差（vapor pressure deficit，VPD）是一定温度下饱和水汽压与实际水汽压的差值，是表征大气干燥程度和蒸发需求的关键指标。全球变暖背景下，VPD自20世纪90年代末急剧升高，已成为影响树木生长、植被生产力和陆地碳汇的重要环境因子。VPD对植被生长的影响具有明显的非线性特征。例如，北半球高纬度欧亚地区植被生产力对VPD的响应存在约0.35–0.40 kPa的阈值，低于该阈值时，VPD升高对植被生产力表现为促进作用；超过该阈值后，其影响逐渐转为抑制作用。然而，不同树种在水分利用策略和气孔调节能力等方面存在差异，其生长对VPD响应的关键阈值可能并不一致。
针对上述问题，清华大学地球系统科学系陈德亮院士团队基于全球2953个树轮站点，在树种尺度上系统识别了树木径向生长对VPD的非线性响应及关键阈值，揭示了VPD阈值沿气候梯度的分异特征，量化了历史时期及未来不同排放情景下的超阈值暴露风险，并评估了潜在驯化和适应所导致的阈值变化对未来风险的缓冲作用。
图1.树木生长对VPD的六种响应类型及生长相关阈值
研究团队基于国际树轮数据库整理全球树轮宽度记录，并综合考虑物种、地理位置和长期气候背景差异，将2953个站点划分为76个树种组。结果表明，树木径向生长对VPD的非线性响应广泛存在。其中，约43%的树种组表现为随着VPD升高，其对树木生长的影响由促进逐渐转为抑制；约9%的树种组表现为促进效应随VPD升高逐渐减弱；另有约11%的树种组在较高VPD条件下逐渐出现明显的生长抑制。
研究进一步追踪了1901-2015年各站点生长季VPD超过相应阈值的变化。结果显示，约在1970年之后，超过VPD阈值的站点比例开始快速增加，增长速率约为每年0.42个百分点，而1970年以前并没有显著趋势。未来不同排放情景下，超过树木生长VPD阈值的站点比例均将持续增加，但不同情景之间的差异将在本世纪中后期明显扩大。尤其在SSP5-8.5高排放情景下，到本世纪末，约79.8%的研究站点预计将暴露于超过其耐受阈值的VPD条件下，较1970—2015年平均增加35.6个百分点。
图2. VPD阈值超越比例的历史变化及未来不同排放情景下的变化
考虑到树木可能通过生理驯化或长期适应改变对VPD的响应，研究进一步设置了不同的阈值上调情景表征驯化程度，对未来超阈值风险进行了敏感性分析。结果表明，阈值上调能够在一定程度上降低未来超阈值站点比例，但这种缓冲作用随气候强迫增强而逐渐减弱。在SSP5-8.5情景下，阈值上调带来的超阈比例降低幅度由2016—2039年的21.9个百分点下降至2070-2100年的7.3个百分点。即使在较高的阈值上调情形下，到本世纪末仍有超过70%的站点暴露于超阈值环境中。这些结果表明，若生理驯化和长期适应能够使树木生长相关VPD阈值上移，其可在一定程度上缓冲大气干燥加剧带来的影响，但在持续增强的气候强迫下，有限的阈值上调仍难以完全抵消VPD持续升高带来的超阈值风险。
图3.不同潜在阈值上移假设下未来VPD阈值超越比例的敏感性分析
相关成果以“大气水汽压差超过树木生长临界阈值的风险持续增加”（Increasing risk of vapor pressure deficit exceeding critical thresholds for tree growth）为题，于9月8日发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）。
清华大学地学系博士后李铁威为论文第一作者，何斌副教授为通讯作者。论文合作者包括清华大学兴华卓越讲席教授陈德亮院士、瑞典查尔姆斯理工大学汉斯‧W‧陈（Hans W. Chen）教授、美国新罕布什尔大学肖劲锋教授、北京师范大学郭兰兰副教授和刘连友教授、中国科学院地质与地球物理研究所史锋研究员、北京大学袁文平教授、瑞典查尔姆斯理工大学钟子乾博士和北京师范大学郑欢博士。
研究得到国家自然科学基金、清华大学碳中和与能源系统转型项目及清华大学资助。
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