随着全球气候增暖，陆地水资源短缺与干旱风险日益严峻。同时，大气二氧化碳浓度升高诱导植物叶片气孔部分关闭，从而减少水分蒸腾损失。近年来，该过程被认为能够有效抑制土壤水分消耗，进一步缓解土壤干旱。然而，这一认知可能忽视了植被-大气相互作用带来的复杂影响。

近日，中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室袁星研究员团队在《PNAS》发文，发现植被响应二氧化碳浓度升高所产生的“节水”作用，可能被其引发的大气反馈所抵消。

研究团队利用CMIP6耦合气候-碳循环模式比较计划（C4MIP）的多个地球系统模式，分离了植被变化通过大气反馈产生的间接效应，发现植被在响应二氧化碳浓度升高的过程中，叶面积增加与气孔导度下降会改变地表能量平衡，促进升温并加剧大气蒸发需求，进而驱动地表损失更多水分。这种此前被忽视的大气反馈机制，在北半球中高纬度地区抵消了当前气候条件下54%的植被节水作用，而在4倍二氧化碳情景下将抵消68%。

植被变化通过大气反馈产生的间接效应在不同纬度存在显著差异（图1）。该效应削弱了中高纬度地区植被缓解土壤干旱的潜力，这也部分解释了为何中高纬度地区的未来土壤干旱加剧趋势通常强于低纬度地区。此外，与陆气耦合模拟结果相比，广泛使用的离线模拟方法往往会高估植被节水作用，进而对植被缓解土壤干旱的作用过于乐观。而在低纬度地区，尽管土壤干旱得到一定缓解，许多生态系统仍面临高温和大气干旱的威胁。这种环境往往导致植物气孔长期关闭，虽然抑制了蒸腾造成的水分损失，却也限制了植被碳吸收，可能因“碳饥饿”而生长受限。该研究表明，植被变化通过大气反馈产生的间接效应显著削弱了二氧化碳浓度升高带来的植被“节水”潜力，并进一步加剧水资源短缺。若忽略这一间接效应，可能会低估生态系统脆弱性。

该论文通讯作者为袁星研究员，第一作者为其团队研究生郝奕，合作者包括团队奚夏珍博士、南方科技大学曾振中教授、佛罗伦萨大学Giovanni Forzieri教授和英国气象局武培立研究员。该研究得到国家重点研发计划（2024YFC3012404）、国家自然科学基金（U22A20556）和国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”（EarthLab）等支持。

图1. 二氧化碳植被生理效应（PHY）对蒸散发的直接与间接影响路径。直接效应是指植被变化（叶面积指数和气孔导度变化）直接调节蒸散发的过程。间接效应则是指植被变化通过大气反馈影响蒸散发，包括图左侧与右侧两种机制。左侧表示，植被变化通过改变地表能量过程，增加温度与饱和水汽压差（VPD），进而间接增强蒸散发、抵消植被气孔节水作用。另一方面，升高的VPD也会对植被产生胁迫，诱导气孔关闭，进一步抑制蒸腾、增强节水作用（右侧）。在两种机制共同作用下，红色填充区域表示间接效应总体促进蒸散发，蓝色区域表示其总体抑制蒸散发。在未来气候情景下，间接效应在北半球中高纬度地区加剧。斜线表示间接效应显著的区域（Hao et al., 2026）

文章信息：

Hao, Y., X. Yuan*, X. Xi, Z. Zeng, G. Forzieri, P. Wu, 2026: A potential overestimation of CO2 physiological effects on evapotranspiration. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 123(26), e2534643123. https://doi.org/10.1073/pnas.2534643123.