土壤和大气干燥对中国西南地区陆地植被生产力的影响：主导作用、临界阈值及影响途径

摘要

中国西南地区（SWC）是一个关键的碳汇区域，但在气候变化的影响下，该地区经历的干旱事件越来越频繁且强度越来越大。然而，土壤湿度（SM）和蒸气压亏缺（VPD）在调节生态系统生产力方面的相对作用仍不清楚。本研究结合了太阳诱导叶绿素荧光（SIF）技术和二维copula框架，量化了2001年至2024年间中国西南地区土壤湿度和蒸气压亏缺的主导作用及其临界阈值，以SIF值的第40百分位数作为生产力下降的阈值。结果表明，在90.8%的中国西南地区，土壤湿度是导致SIF下降的主要因素；而在贵州北部和重庆东南部以农田为主的地区，蒸气压亏缺则起到了主导作用。土壤湿度和蒸气压亏缺的临界阈值在森林、草地和农田中存在显著差异。森林的土壤湿度阈值最高，蒸气压亏缺的绝对阈值最低，表明即使在相对湿润的条件下，森林对土壤湿度不足也非常敏感。草地的土壤湿度阈值最低，表明其对土壤湿度限制的耐受性较强；而农田的蒸气压亏缺相对阈值特别低，表明其对大气干燥的敏感性较高。结构方程模型揭示了在土壤湿度和蒸气压亏缺主导地区，SIF响应背后的不同机制：在土壤水分受限的情况下，土壤湿度始终对SIF产生强烈的正面影响；而蒸气压亏缺的影响则具有情境依赖性，在土壤湿度主导的地区表现为轻微的正面效应，在蒸气压亏缺主导的地区则表现为明显的负面效应。此外，在生长季节（5月至9月），短波辐射通常会抑制SIF，这突显了其虽为次要但不可忽视的作用。总体而言，本研究揭示了不同生物群落中土壤湿度和蒸气压亏缺的主导模式及其相关阈值，这些发现有助于我们更好地理解生物群落对干旱的敏感性，并为评估植被对未来极端气候事件的响应提供了宝贵的见解。