内蒙古大学《CEE》：草本水力性状调控蒙古高原生态系统功能

干旱是重塑陆地生态系统最重要的环境约束之一，在干旱和半干旱区尤其如此。水分是陆地生态系统最稀缺的资源，它通过影响光合与蒸腾，筛选植物物种、驱动群落更替和功能重组，并最终控制着生态系统的碳固定和气候韧性。在从土壤—植物—大气连续体（SPAC）中，水分运输依赖根、茎、叶的整合水力结构。其中，叶片水力性状是连接碳—水动态的关键生理枢纽，可归为两大类：水力效率性状，即在水分充足时维持高水流，支持气孔开放和光合作用；水力安全性状，即在干旱时抵抗栓塞、维持水力连续。

经典理论认为二者存在“效率—安全”权衡：导管越大越密，运输效率越高，但抗栓塞能力下降；安全性状则相反，限制导水率、约束生长。但草本植物的情况比较特殊。已有研究表明，草本植物的安全与效率之间负相关更强，却不一定存在严格的权衡；有些草本甚至能维持较高的水力效率，同时通过提早关闭气孔来降低栓塞风险。然而，以往研究多聚焦于单一性状与生理过程的关系，缺乏在群落尺度上系统评估草本植物“效率—安全”轴如何共同影响生产力、水分利用效率和功能稳定性（图1）。

图1 水力性状驱动草地生态系统功能的概念框架

通过整合蒙古高原306个站点的群落调查、8个关键叶片水力性状的测定以及干旱梯度上的多站点比较（图2），探究了干旱梯度上草本植物水力策略转变对生态系统功能的调控机制。

图2样地分布与蒙古高原的空间气候格局

本研究揭示了干旱驱动草本植物群落从水力效率优先转向水力安全优先，而这两类性状对生态系统功能的作用正好相反：尽管效率性状能够提升地上生物量，但它同时降低了水分利用效率和生态系统稳定性；安全性状则相反，提升了WUE和稳定性，却抑制了生产力。这种效率—安全权衡可部分由叶片储水缓冲能力、渗透调节和木质部抗栓塞能力的协同变化所介导。此外，WUE与水力性状的关系比与干旱本身的关系更密切，其中叶片水容（C_leaf）的预测能力最强。研究强调，在气候变暖与干旱加剧的背景下，理解草本植物水力策略的转变对预测干旱区生态系统功能日益紧迫，并呼吁在这些草原生态系统中扩大基于性状的长期观测（图3-7）。

图3蒙古高原群落尺度水力性状与干旱指数的关系

图4预测因子对地上生物量（AGB）、 水分利用效率（WUE）和 c 生态系统稳定性的标准化回归系数

图5群落水力性状预测蒙古高原的生态系统功能

图6水力性状与干旱对生态系统功能的交互影响

图7 干旱与水力性状对生态系统功能影响的结构方程模型

该研究以内蒙古大学为第一完成单位。硕士生郭欣蕾和毕业硕士王顼（现为兰州大学在读博士生）为论文共同第一作者，张景慧副教授为论文通讯作者，贾成朕工程师、刘涛博士、李智勇副教授、刘华民副教授、王立新教授、王阳副教授、董雷工程师、梁存柱教授为论文合作作者。。本研究得到内蒙古自治区科技计划项目（2025YFHH0137、2025YFDZ0097、2023YFHH0065）和国家自然科学基金（32271656）项目的资助。