武汉大学张权课题组在“碳中和”研究领域取得重要研究进展

（通讯员水苑）水资源工程与调度全国重点实验室、武汉大学水利水电学院张权课题组在“碳中和”研究领域取得重要进展，11月24日，课题组在Nature Climate Change（《自然·气候变化》）发表题为“Increased efficiency of water use does not stimulate tree productivity”（水分利用效率升高并不会促进树木生产力的提高）的研究论文。武汉大学为第一署名单位，副教授张权为论文第一作者和通讯作者，课题组硕士研究生张嘉维、周杨参与研究工作并作出重要贡献。

气候变化领域科学家发现全球植被水分利用效率在过去几十乃至上百年呈明显上升趋势，但水分利用效率升高对植被生长与碳固定来说是否意味着正向的促进作用，学术界仍缺乏系统而全面的研究。本研究采用以植物最优气孔导度理论为基础的分析框架，结合多源数据驱动分析，系统地回答了悬而未决的“水分利用效率升高是否意味着树木生长加速”这一科学问题。

图1 最优气孔导度理论解释水分利用效率、碳通量与其主要驱动因子之间关系的效果

本研究直接计算出CO₂浓度和VPD对促进树木水分利用效率升高的贡献。结果表明在1950-2000年间，水分利用效率升高率为15.4%，这可用CO₂浓度升高率的14.0%和VPD升高率的4.3%之和来解释，其中的2.9%不平衡项源自多源独立数据导致的偏差。

图2 大气CO₂浓度和空气VPD变化可解释树木水分利用效率的时间变化

为评估树木尺寸变化对水分利用效率变化的影响，研究采用直径为8cm和27cm树木采样数据，分析植物水力学长度参数与树木生长速率（BAI，截面面积增长速率）之间的关系。结果表明对于比较小的树木（8cm），植物水力学长度参数与BAI在多数树木中呈正比；对于较大树木（27cm），植物水力学长度参数逐渐呈现出达到饱和的特征、而与BAI无明显关系，这表明当树木较大时，BAI将不再与植物水力学长度相关。

图3 植物水力学参数随着BAI升高而逐渐升高，直到在较高的BAI水平下趋于平稳

本研究将驱动BAI变化率的因素分解为水分利用效率、VPD、叶面积、碳利用效率。分开来看，水分利用效率对树木生长有促进作用，但由于气温升高导致VPD升高对树木生长有明显的抑制作用；叶面积和碳利用效率因无直接观测，但闭合方程得到的余项表明其对树木生长的贡献为负。因此，树木水分利用效率升高，成为了树木生长速率升高的一个理论上限。

图4 树木生长相对变化率及其各个因素贡献量的分解

本研究从机理上解释了为何仅靠水分利用效率衡量的生物效率提升，并不能促进树木生长的加速。成果为理解气候变化、“碳中和”、生态水文学、植被-气候反馈关系等学科作出重要贡献。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-025-02504-w

（供图：水资源工程与调度全国重点实验室、水利水电学院 编辑：赵冀帆）