大气水汽压差（vapor pressure deficit，VPD）是一定温度下饱和水汽压与实际水汽压的差值，是表征大气干燥程度和蒸发需求的关键指标。全球变暖背景下，VPD自20世纪90年代末急剧升高，已成为影响树木生长、植被生产力和陆地碳汇的重要环境因子。VPD对植被生长的影响具有明显的非线性特征。例如，北半球高纬度欧亚地区植被生产力对VPD的响应存在约0.35–0.40 kPa的阈值，低于该阈值时，VPD升高对植被生产力表现为促进作用；超过该阈值后，其影响逐渐转为抑制作用。然而，不同树种在水分利用策略和气孔调节能力等方面存在差异，其生长对VPD响应的关键阈值可能并不一致。

针对上述问题，清华大学地球系统科学系陈德亮院士团队基于全球2953个树轮站点，在树种尺度上系统识别了树木径向生长对VPD的非线性响应及关键阈值，揭示了VPD阈值沿气候梯度的分异特征，量化了历史时期及未来不同排放情景下的超阈值暴露风险，并评估了潜在驯化和适应所导致的阈值变化对未来风险的缓冲作用。

图1.树木生长对VPD的六种响应类型及生长相关阈值

研究团队基于国际树轮数据库整理全球树轮宽度记录，并综合考虑物种、地理位置和长期气候背景差异，将2953个站点划分为76个树种组。结果表明，树木径向生长对VPD的非线性响应广泛存在。其中，约43%的树种组表现为随着VPD升高，其对树木生长的影响由促进逐渐转为抑制；约9%的树种组表现为促进效应随VPD升高逐渐减弱；另有约11%的树种组在较高VPD条件下逐渐出现明显的生长抑制。

研究进一步追踪了1901-2015年各站点生长季VPD超过相应阈值的变化。结果显示，约在1970年之后，超过VPD阈值的站点比例开始快速增加，增长速率约为每年0.42个百分点，而1970年以前并没有显著趋势。未来不同排放情景下，超过树木生长VPD阈值的站点比例均将持续增加，但不同情景之间的差异将在本世纪中后期明显扩大。尤其在SSP5-8.5高排放情景下，到本世纪末，约79.8%的研究站点预计将暴露于超过其耐受阈值的VPD条件下，较1970—2015年平均增加35.6个百分点。

图2. VPD阈值超越比例的历史变化及未来不同排放情景下的变化

考虑到树木可能通过生理驯化或长期适应改变对VPD的响应，研究进一步设置了不同的阈值上调情景表征驯化程度，对未来超阈值风险进行了敏感性分析。结果表明，阈值上调能够在一定程度上降低未来超阈值站点比例，但这种缓冲作用随气候强迫增强而逐渐减弱。在SSP5-8.5情景下，阈值上调带来的超阈比例降低幅度由2016—2039年的21.9个百分点下降至2070-2100年的7.3个百分点。即使在较高的阈值上调情形下，到本世纪末仍有超过70%的站点暴露于超阈值环境中。这些结果表明，若生理驯化和长期适应能够使树木生长相关VPD阈值上移，其可在一定程度上缓冲大气干燥加剧带来的影响，但在持续增强的气候强迫下，有限的阈值上调仍难以完全抵消VPD持续升高带来的超阈值风险。

图3.不同潜在阈值上移假设下未来VPD阈值超越比例的敏感性分析

相关成果以“大气水汽压差超过树木生长临界阈值的风险持续增加”（Increasing risk of vapor pressure deficit exceeding critical thresholds for tree growth）为题，于9月8日发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）。

清华大学地学系博士后李铁威为论文第一作者，何斌副教授为通讯作者。论文合作者包括清华大学兴华卓越讲席教授陈德亮院士、瑞典查尔姆斯理工大学汉斯?W?陈（Hans W. Chen）教授、美国新罕布什尔大学肖劲锋教授、北京师范大学郭兰兰副教授和刘连友教授、中国科学院地质与地球物理研究所史锋研究员、北京大学袁文平教授、瑞典查尔姆斯理工大学钟子乾博士和北京师范大学郑欢博士。

研究得到国家自然科学基金、清华大学碳中和与能源系统转型项目及清华大学资助。