在全球干旱和变暖加剧的背景下，植物能否实现边材供水能力与叶片蒸腾需水的匹配已成为影响植物生存的关键因子之一，也直接影响生态系统的碳水循环。胡伯尔值（Huber value，v_H；边材与叶面积之比）正是表征这种供需平衡的重要性状，它反映了植物在不同环境下的水力配置与碳分配策略。尽管已有观测发现不同物种、不同气候带的v_H差异显著，但受限于成对水力性状数据的不足，以及v_H与其他性状之间耦合关系复杂，目前仍缺乏对v_H变异机制的统一理解，因而难以准确刻画其沿环境梯度的变化。这也使得v_H在植被模型中常被简化为按植被功能性的固定参数，从而增加了对气候变化情景下植被响应与碳水循环预测的不确定性。

近期，地球系统科学系王焓课题组基于生态演化最优性原理提出植物水分供给-需求平衡假说，即植物倾向于在长期平均的环境条件下维持水分需求和供给的平衡，其维持气孔开放所需的蒸腾水量应与木质部运输所供给的水量相等。基于这一假设，将叶片尺度的气体交换过程与整株尺度的水分输运过程相耦合，构建了一个将光合作用过程纳入其中的v_H理论简化模型。该模型不仅能够定量刻画关键水力性状之间的权衡关系，还进一步给出v_H随主要气候因子变化的理论方向与敏感性（图1）。

图1  植物水分供给-需求平衡假说框架图。

该理论模型分别得到个体尺度和物种尺度的两套全球水力性状数据库的支持。理论模型和观测数据的结果显示，在干燥且辐射强度高的环境中，植物为满足更高的蒸腾需求，往往需要更高的v_H，即投入更多边材面积来支撑同等叶面积的用水需求。相反，在更高温度条件下，水的粘滞阻力随温度升高而降低，从而提高水力导度，使植物在维持相同叶面积时所需的边材投入减少，因而v_H降低。此外，当水力导度和最大水势梯度增大、供水能力更强时，植物也倾向于降低v_H，以更少的边材支持更多的叶面积（图2）。在仅引入一个拟合参数的前提下，该模型便可解释边材和叶面积之比在全球尺度上56%的变化（图3），表明v_H的全球格局在很大程度上能被水分供给-需求平衡假说所解释。

图2  多元线性回归分析的偏残差图。

图3 观测与预测的边材面积与叶面积之比（v_H）和水力导度（K_S）的对比图。

相关成果以“最优性原理揭示边材与叶面积之比的全球变化格局”（Global variation in the ratio of sapwood to leaf area explained by optimality principles）为题在《新植物学家》（New Phytologist）期刊在线发表。地球系统科学系徐慧莹博士（现为犹他大学博士后）为论文第一作者，王焓副教授为通讯作者，雷丁大学、帝国理工学院、埃克塞特大学、华南植物园等单位的研究人员为论文合作者。该研究受到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接： https://doi.org/10.1111/nph.70916

供稿：徐慧莹

编辑：王佳音

审核：张强