大气水汽压差（VPD），即饱和水汽压与实际水汽压之差，是大气干燥度的衡量指标，同时也是生态系统光合作用的重要气候调节因子。近年来，VPD对生态系统碳水交换的影响受到学界的广泛关注。然而，由于VPD与气温、土壤湿度等其他生态系统生产力重要驱动因子之间存在高度相关性，识别VPD的独立贡献、解析VPD与其他因子影响之间的相互抵消或叠加效应始终是难题。

2023年8月9日，实验室何斌教授研究小组在《科学：进展》（Science Advances）在线发表题为“Disentangling the effects of vapor pressure deficit on northern terrestrial vegetation productivity”的研究论文，系统揭示了VPD、气温和土壤湿度对北半球生态系统生产力的复杂影响关系，提出了高纬度生态系统对VPD的响应阈值。北京师范大学地理科学学部博士钟子乾为论文第一作者，何斌教授为通讯作者, 地表过程与资源生态国家重点实验室为第一署名单位。论文主要合作者包括澳大利亚联邦科学与工业组织王应平教授，瑞典查尔姆斯理工大学Hans W. Chen博士和瑞典哥德堡大学陈德亮院士等。该研究得到了国家重点科学研究与发展计划和中国科学院战略重点研究计划的支持。

研究结果表明，在排除了气温和土壤湿度对生态系统生产力的影响之后，在北半球多数地区VPD对生态系统生产力存在负向影响，然而在高纬度湿润地区则呈现出中性甚至正向影响（图1）。基于突变点分析发现，在欧亚大陆北部存在一个3.5-4hPa的VPD阈值，当生长季平均VPD大于该阈值时，随着VPD的增加，生态系统生产力对VPD变化的正向响应迅速向负响应转变（图2）。

图1. 北半球大气水汽压差对生态系统生产力的独立影响

图2. 高纬生态系统对大气水汽压差的响应阈值

研究进一步基于偏最小二乘结构方程模型分析了VPD、气温和土壤湿度对生态系统生产力影响之间的相互作用关系。结果表明，在北半球55.6%的植被覆盖区中，气温通过影响VPD间接作用于生态系统生产力的负效应抵消掉约69.4%气温对于生态系统生产力的正效应（图3）。同时，在约60%的植被覆盖区中，土壤湿度对生态系统生产力的直接影响和通过影响VPD对生产力的产生的叠加效应，放大了水分条件对生态系统生产力的影响。

图3.大气水汽压差和气温对生态系统生产力影响之间的相互作用关系

该研究揭示了VPD和其他环境要素对生态系统生产力的复杂影响关系，深化了VPD对生态系统生产力影响的认识。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf3166