生态学经典理论认为：经过长期进化，植被可较好的适应其生活环境，能够充分利用生境内的自然资源进行光合作用。因此，对于植被的光合作用，各个环境因子都应存在一个最适值，即植被都有其最适的光合环境，在该环境下植被可最大化其资源利用效率，以获取更高的总初级生产力（Gross primary production，GPP）。然而，气候变化可能使环境因子更接近/远离植被光合作用最适值，从而影响陆地生态系统的固碳能力，影响其对气候变化的反馈作用。因此，明确植被最适光合环境是准确预测未来气候变化对陆地生态系统碳汇功能影响的重要前提。
本研究以藏北典型高寒草甸生态系统为研究对象，基于10年涡度相关及小气候观测数据，分析了高寒草甸生态系统的最适光合环境。青藏高原辐射资源充足，因此不成为限制因子，而温度和水分条件常常成为限制因子。高寒草甸生态系统最适光合温度（optimum temperature，TAopt）为11.92 ℃，此时最大光合能力（maximum photosynthetic capacity，GPPmax）为0.20 mg CO2 m-2 s-1（图1）。水分条件较好时，TAopt值有所升高，同时GPPmax升高。当土壤含水量（soil water content，SWC）充足（SWC>0.26 m3 m-3）时，TAopt可提升至13.41 ℃，GPPmax可提升至0.30 mg CO2 m-2 s-1（图2）。该TAopt条件下：SWC为0.28 m3 m-3；饱和水汽压差（vapor pressure deficit，VPD）为0.61 kPa；净辐射（net radiation，RN）为411.53 J m-2 s-1，即为该高寒草甸生态系统在现实条件下所能达到的最适光合环境。其中RN满足了高寒草甸生态系统对辐射资源的最低需求。而VPD则刚好达到大气干旱阈值，此时的VPD既不抑制GPP，又提供了最大的蒸腾拉力。同时，较高的SWC可满足强蒸腾需水，确保碳水循环加速运转，可提高生态系统碳汇能力。可见，在SWC供应充足的条件下，适当的高温和高VPD利于提高GPPmax。青藏高原气候干燥，VPD普遍偏高，未来气候变暖背景下，SWC较高的区域可能会表现出更强的碳汇能力。
图1 GPP对环境因子的响应特征。拟合曲线的顶点坐标（xc，yc）分别表示最适光合环境值和最大光合能力。
图2 SWC改变了高寒草甸生态系统GPP对TA的响应特征，进而改变其GPPmax和TAopt，影响其最适光合环境。
该论文以“Analysis of the optimal photosynthetic environment for an alpine meadow ecosystem”为题发表于国际学术期刊Agricultural and Forest Meteorology （Q1，IF=6.2），收录于ChinaFLUX20周年专刊“Carbon, nitrogen and water fluxes of terrestrial ecosystems in China”，论文第一作者为沈阳农业大学张涛副教授，通讯作者为中国科学院地理科学与资源研究所张扬建研究员和沈阳农业大学徐明洁副教授。研究受到国家自然科学基金项目（32061143037，41725003）、国家重点研发计划（2017YFA0604801）和中国博士后科学基金项目（2021M692230）资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109651