内在水分利用效率（intrinsic water use efficiency, iWUE）是表征植物叶片碳水交换的核心生理指标，直接反映光合作用中单位气孔导度的碳吸收效率。以往研究多基于原位单点观测，难以刻画不同气候带、植被类型间的空间异质性，导致全球尺度叶片水分利用效的时空动态及其对水分胁迫的响应机制仍不明确，成为陆地生态系统碳水耦合研究的重要科学空白。

针对这一问题，研究团队基于2001-2020年植物叶片碳同位素数据库，构建了全球叶片碳同位素景观图谱，量化了过去20年全球叶片水分利用效率的时空变化特征，厘清了大气干旱与土壤干旱对叶片水分利用效率的影响及主导区域，并评估了生态最优性理论模型的模拟适用性。

研究发现，全球iWUE呈现显著的空间分异，寒冷干旱区域iWUE值较高，温暖湿润区域较低，且过去二十年全球iWUE呈显著增长趋势；草地平均iWUE最高但增长速度最慢，常绿阔叶林iWUE最低但增长速率最快；iWUE随水分胁迫增强而上升，但增长速率随胁迫加剧逐渐减缓，其中大气干旱对 iWUE的影响范围比土壤干旱更为广泛；最优性理论模型可再现空间格局，但高估iWUE均值及增长趋势。

该研究的创新价值在于构建了全球尺度iWUE分析的统一框架，不仅填补了大尺度叶片水分利用效率时空动态研究的空白，更揭示了水分胁迫增强可能削弱全球叶片水分利用效率持续增长的关键规律，为评估未来气候变暖、干旱加剧情景下陆地碳汇的长期稳定性提供了重要科学启示。

该成果近期发表于Nature Communications，第一作者为中国科学院地理资源所博士后王翔，通讯作者为伏正研究员。合作者包括法国气候与环境科学实验室Philippe Ciais院士、印第安纳大学Lixin Wang教授、苏黎世联邦理工学院Nina Buchmann教授、加州大学伯克利分校Trevor F. Keenan副教授、布里斯托大学Martin De Kauwe副教授、西班牙巴塞罗那自治大学Josep Peñuelas教授、成都理工大学陈果教授、福建师范大学巩晓颖教授、新罕布什尔大学Jingfeng Xiao教授、中山大学李星副教授、西澳大学Qiaoyun Xie助理教授、威斯康星大学Paul C. Stoy教授、法国农业食品与环境研究院David Makowski教授、亚利桑那大学William K. Smith副教授、清华大学王焓副教授、南京农业大学王松寒教授、地理资源所牛书丽研究员等。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

论文信息：Wang, X., Fu, Z.*, Ciais, P. et al. Global distribution and changes of leaf-level intrinsic water use efficiency and their responses to water stress. Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-025-68252-9

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-68252-9

图1. 2001-2020年全球叶片水分利用效率的时空动态