8月19日，实验室周沙研究员课题组在Nature Communications杂志在线发表了题为“CO₂ physiological forcing mitigates climate-driven water limitation on vegetation growth and carbon uptake”的研究论文。研究阐明了CO₂生理效应（施肥效应与气孔调节）有效缓解了气候驱动下植被生长与碳吸收的水分限制加剧，预估在高排放情景下，未来植被水分限制区面积占比仅增加4–5%。

气候变化改变陆地水循环与地表能量平衡，驱动生态系统水分与能量限制格局发生转变。已有研究指出，全球旱区与植被水分限制区呈显著扩张趋势，但该结论与观测及模拟揭示的植被变绿、陆地碳吸收增强的现象相互矛盾，由此形成“干旱悖论”。本研究表明，该矛盾源于现有干湿变化评估框架存在固有局限：这类框架依赖水热条件对蒸散发的约束表征生态系统水分与能量限制，既忽视了蒸散发、植被生长和碳固定等不同生态系统功能对水分与能量变化的响应差异，也未考虑CO₂生理效应对各类生态系统功能水分限制的缓解程度存在差异，最终造成对生态系统水分限制变化的估算偏差。

为厘清上述问题，本研究构建了统一的生态系统限制指数（Ecosystem Limitation Index，ELI），定量刻画蒸散发（ET）、叶面积指数（LAI）、总初级生产力（GPP）以及净生态系统生产力（NEP）受到的水分与能量相对限制强度。基于CMIP6历史模拟、未来高排放情景、以及CO₂辐射强迫与生理强迫敏感性实验，研究发现CO₂辐射强迫驱动的气候变化显著加剧四种生态系统功能的水分限制，水分限制加剧区域面积占比达36%–43%（图1）。然而，CO₂生理强迫的影响存在显著的功能差异性，在40%–66%的区域缓解了LAI、GPP和NEP的水分限制，但对ET的水分限制影响较弱。这是因为CO₂施肥效应促进植物光合与叶片生长，同时通过气孔调节提升水分利用效率，共同缓解了植被生长与碳固定过程的水分胁迫。对蒸散发而言，CO₂升高减小气孔开度、增加叶面积，两种效应对蒸腾的影响相互抵消，最终导致蒸散发对CO₂生理强迫的响应较弱。 

研究进一步解析了未来不同生态系统功能的水分、能量主导限制区的格局转变。结果显示，未来ET对应的水分限制区面积占比将增加10%，而LAI、GPP和NEP的水分限制区面积占比增加仅4–5%（图2）。CO₂敏感性实验证实，该差异主要来自CO₂生理效应对植被生长和碳固定水分胁迫的缓解作用。因此，仅依靠蒸散发表征生态系统水分与能量限制变化，会系统性高估水分限制区域的扩张幅度，这也是“气候变干而植被变绿”悖论产生的重要原因之一。这表明，评估和预估生态系统水分限制演变，需要综合分析多种生态系统功能对气候变化、CO₂生理驱动等因子的响应。该研究厘清了“干旱悖论”的内在形成机制，为理解与预估气候变化下陆地植被与碳汇演变提供新认识。

图1 生态系统功能的水分限制变化趋势。a–d,历史与未来高排放情景下蒸散发（ET）、叶面积指数（LAI）、总初级生产力（GPP）和净生态系统生产力（NEP）的ELI变化趋势，ELI上升表明水分限制增强。e–h,历史与未来模拟，以及1pctCO₂（辐射+生理强迫）、1pctCO₂-bgc（仅生理强迫）和1pctCO₂-rad（仅辐射强迫）敏感性实验中，ELI上升区与下降区的面积占比。

北京师范大学地理科学学部博士研究生康平为论文第一作者，周沙研究员为通讯作者。地表过程与水土风沙灾害风险防控全国重点实验室为成果的第一完成单位。澳大利亚格里菲斯大学Bofu Yu教授和北京师范大学博士研究生马帅参与了该研究。研究得到国家自然科学基金创新研究群体项目（42521001）、面上项目（42471108）和国家重点研发计划项目（2022YFF0801303）等资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-76835-3