气候变化背景下，全球范围内的高温、干旱事件频发，导致植被退化、生态系统服务功能下降。科学家们早已知道，当土壤过于干燥或大气蒸发需求（VPD）过高时，植物会通过关闭叶片上的气孔来减少水分流失，这同时也会抑制光合作用，从而限制植物生长。

  然而，一个核心的谜题始终悬而未决：在广袤的生态系统中，究竟是土壤变干，还是空气变干（VPD升高），是触发这场“生存暂停”的主要开关？不同的研究得出了看似矛盾的结论。

  由苏黎世联邦理工学院和鲁汶大学等机构领导的国际团队，通过分析全球范围的观测数据并结合土壤-植物水力模型，发现解开这个矛盾的关键。

研究内容

研究团队提出了一个核心假设：这个临界阈值，以及生态系统对VPD和土壤水分的相对敏感性，强烈依赖于土壤质地。

①在沙质土（粗质地土壤）中：土壤的导水能力随土壤变干会急剧下降（就像水管突然被掐紧）。因此，一点点土壤水分的减少，就会导致植物根系吸水困难，迫使气孔迅速关闭。在这种情况下，生态系统对土壤干燥本身极度敏感，而对VPD的变化相对不那么敏感。

②在黏质土（细质地土壤）中：土壤导水能力随土壤变干下降得较为平缓。植物能够在更干的土壤中维持吸水，但需要使叶片水势降得更低，这使其更容易受到高VPD的冲击（高VPD会加剧植物体内的水力栓塞风险）。因此，黏质土中的生态系统对VPD升高更为敏感。

  简单来说，这项研究澄清了一个长期存在的混淆：不是生态系统本身对水分的响应方式有根本不同，而是它们所扎根的土壤质地，塑造了它们独特的“应激反应模式”。

研究方法

为了验证这一假设，研究团队进行了一场“海陆空”协同的科学研究。

1.全球观测网络：他们整合了两大全球监测网络的数据：

①涡度协方差通量塔：提供生态系统尺度的水、热、碳通量数据。

②树干液流网络：提供单个树木的蒸腾数据。从这些数据中，他们精准地提取了不同地点、不同土壤类型下的临界土壤水分阈值。

2.土壤-植物水力模型：他们建立了一个基于物理机制的水力模型。该模型模拟了水分从土壤，经过根系、茎干，最终到达叶片并蒸腾出去的整个过程，清晰地揭示了土壤和植物内部的水力导度如何随水势变化。

3.关键创新分析：通过将全球观测数据与模型模拟结果进行对比，他们发现：

①观测到的临界阈值与土壤质地存在清晰的函数关系，沙质土在较高的土壤水分（较不干旱）时就会达到临界点，而黏质土则能坚持到更低的土壤水分。

②模型在仅改变土壤水力参数，而保持植物性状参数不变的情况下，就成功地预测了观测到的大部分阈值变化 pattern。这强有力地证明了土壤水力特性是主导因素。

创新点

这项研究的创新之处在于：

1.澄清了长期争议：它为解决“土壤干旱 vs 大气干旱谁更重要”的争论提供了一个统一的、基于机制的解释框架——答案取决于土壤质地。

2.连接微观与宏观：它将植物尺度的水力生理学原理，成功地拓展到了生态系统尺度，架起了不同研究尺度之间的桥梁。

3.建立了预测框架：研究不仅解释了现状，还利用模型预测了在未来气候变化下（VPD升高），不同质地土壤中生态系统水限制将如何演变。

结论

研究的结论明确而深刻：

1.主导角色：土壤质地，通过其水力传导特性，是全球生态系统水限制临界阈值的主要决定因子。

2.敏感性分化：沙质土生态系统是“土壤水分敏感型”，而黏质土生态系统是“大气湿度（VPD）敏感型”。

3.有限的适应能力：植物通过调整自身水力性状（如根系生长）来适应干旱的能力，在沙质土中尤为有限，因为土壤本身水力特性的急剧下降是难以克服的物理障碍。

4.对未来气候的调制作用：未来VPD的普遍升高，会使得所有生态系统的水限制更早发生（临界阈值升高）。但这种影响的程度被土壤质地所调制：

①黏质土区域：临界阈值升高明显，植物会“提前”关闭气孔，这可能损失一部分光合产物，但也可能起到“节水”作用，增强抗旱韧性。

②沙质土区域（如美国西南部、亚马逊南部）：临界阈值变化很小，植物缺乏这种“提前预警”机制来缓冲日益加剧的大气干旱，因此面临更高的水分胁迫和死亡风险，是未来最脆弱的区域。

图3.a–d，土壤质地驱动VPD相对于生态系统通量的土壤水分（θ）限制（即g c从其最大 gCMmax），并涉及未来气候对陆地生态系统的影响（图。4）. 细质地土壤（即粘土（b，d））中的生态系统预计比粗土（即沙子（a，c））中的生态系统对VPD更敏感，而粗质地土壤中的生态系统预计对土壤干燥的敏感性高于细土，因为临界土壤水分势（ψ土）更负（注意 a，b 中 10 倍不同的 x 轴限制），并且 gc细土比质地粗糙的土壤下调更缓慢（颜色过渡更柔和）。e，f，涡流协方差数据的蒸发分数（EF）显示，对于两个对比鲜明的土壤质地（沙子（e）和粘土（f）地点，5个FN地点的中位数）对两个环境驱动因素θ和VPD有不同的响应。在狭窄的土壤湿度范围内，两种土壤质地的蒸发率下降，但沙地的蒸发率下降幅度更大，绝对含水量低于黏土地。蒸腾速率作为VPD和θ（红线）函数的模拟与观察到的θ周围蒸发分数的下降非常吻合暴击.插图显示了蒸发分数对VPD和θ的相对敏感性中位数，证实了与细纹理土壤相比，粗质土的土壤水力限制的相对贡献更大。

展望

这项研究为我们指明了未来的方向：

1.重视土壤水力测量：不能再仅仅依赖根据土壤质地估算水力参数的“传递函数”，而应加强对实地土壤水力性质的直接测量，特别是非饱和导水率。

2.关注土壤结构动态：未来的研究需要超越静态的“质地”，进一步考虑由植物根系和微生物活动塑造的、动态变化的“土壤结构”及其反馈作用。

3.改进地球系统模型：将土壤质地和水力特性对生态系统水碳通量的调控作用，更精细地纳入全球气候和植被模型中，将极大提升我们预测未来干旱影响、碳汇变化和气候极端事件的能力。

  这篇《Nature》提醒我们，在应对气候变化的挑战时，不仅要抬头看天（大气），也要低头看地（土壤）。理解并尊重这片孕育生命的基质其内在的物理规律，或许是我们守护绿水青山、构建气候韧性的智慧起点。