2024年1月8日，南京信息工程大学生态与应用气象学院冯兆忠教授团队在臭氧（O3）和干旱对不同植被类型的复合影响上取得重要进展，研究以“Drought mitigates the adverse effects of O3 on plant photosynthesis rather than growth: A global meta-analysis considering plant functional types”为题在线发表于植物生态领域著名学术期刊Plant Cell & Environment上。该研究利用meta分析的方法探究了O3和干旱对植物光合生理以及生长的复合影响，并比较了不同干旱水平下不同植被类型对O3和干旱的响应差异，有利于更好地了解陆地生态系统对多种全球变化因子的响应。
成果简介：
目前，全球变化已经显著影响着生态系统的过程和功能，多个全球变化因子对植被的复合影响比单一因子的影响更为复杂。地层O3污染和干旱都已威胁着农作物生产和生态系统功能，并且目前已经开展了一些O3和干旱对植物复合影响的相关实验研究。然而，多因子复合影响相关研究非常有限，并且一些结果还存在争议。近因此，有必要综合现有的实验研究的结果，全面评估两种胁迫对不同类型植被的复合影响，并解释不同研究中其响应差异的主要原因。
本研究通过整合全球66篇相关试验文章的2516组观测数据，分析O3和干旱对植物光合生理以及生长的复合影响，并比较了在不同的干旱水平和不同植被类型下的响应差异（图1），研究发现：
图1 在不同土壤水分条件下，O3对不同植被类型植物的光合、抗氧化和生长特性影响的概念图
（1）干旱缓解了O3浓度升高对植物光合作用相关参数的负面影响，主要是由于干旱减少了气孔导度，限制气孔对O3的吸收，进而限制了活性氧的产生及其相关的氧化毒性。然而，干旱对O3诱导的整株水平生物量减少的缓解作用较弱并且统计不显著。主要原因是因为生物量的积累不仅取决于叶片的光合作用，还取决于叶片面积以及光合同化物的分配。干旱能够增加光合同化物的消耗，也会显著减少植物的总叶面积，限制蒸腾作用，会降低干旱在整个植物水平上对光合同化物质积累的缓解作用（补偿效应）。
（2）O3对植物的影响也取决于干旱的程度。中度和重度干旱都缓解了O3对光合速率和气孔导度的负面影响。O3诱导大多数生物量参数的降低在重度干旱处理下比在中度干旱处理下更大，并且中度干旱显著缓解了O3对根生物量的降低。因此，在评估O3对植被的影响时需考虑土壤水分状况，通过建立光合速率和总生物量对O3的响应比（RR）与土壤相对含水量的百分比的关系（图2），可为O3吸收通量模型提供参数。
图2光合速率和总生物量对O3的响应比（RR）与土壤相对含水量的关系
（3）O3对植物的损害程度取决于植物种类，不同植物类型对O3的敏感性不同，其敏感性排序是：落叶阔叶树种>常绿阔叶树种>常绿针叶树种。此外，干旱对O3造成植物生长负面影响的缓解作用在不同植被类型下也是不同的，对落叶树种中的缓解作用比在常绿树种中更显著。不同植被类型对两种环境胁迫的响应差异也会改变群落组成以及生物多样性。
（4）基于meta分析也指出了目前试验研究的不足，并进行相关研究展望。首先，目前，关于O3和干旱对植物复合影响的研究大多是关于树木的，关于农作物和草原物种的相关研究还很少。需要进一步研究作物品种是否对两种胁迫存在交叉耐受性，为培育适当的作物耐受性品种，以确保未来全球变化下的粮食安全；也需要进一步研究对主要草原类型和功能类型的复合影响，以应对两种胁迫对草原物种多样性的威胁。其次，由于干旱对O3影响的缓解作用也取决于干旱程度和持续时间而异。因此，需要进一步开展不同干旱水平、不同持续时间、不同的干旱情景（长期适度干旱、偶发性的严重干旱）下O3对植物的影响。最后，关于O3和干旱对植物的复合影响更多地集中在植物的光合生理和生长等相关指标，而其对叶片非光合生理特性、超微结构损伤、营养成分、抗氧化能力、次生代谢等的影响的理解仍然非常欠缺。因此，在未来有必要结合一些新技术进一步探究这两种胁迫对植物复合影响的机制。
原文链接：
http://doi.org/10.1111/pce.14808
作者简介：
南京信息工程大学生态与应用气象学院环境变化生态效应团队尚博副教授为论文的第一作者，冯兆忠教授为通讯作者，参与该研究工作的还有南京信息工程大学Evgenios Agathokleous教授、徐彦森博士、李双江博士，以及西班牙西亚市空气污染物与碳循环研究所Vicent Calatayud教授，浙江工业大学刘硕博士、中科院地理所彭金龙博士生。该项目得到国家自然科学基金委重点基金（42130714）、国家自然科学基金青年基金（42107270）、国家自然科学基金青年基金（4210070867）等项目资助。
