植被可以通过不同的机制应对干旱，包括植物结构和生理的变化。德国马克斯·普朗克生物地球化学研究所的李万通博士和雷内·奥尔特博士领导的一项新研究现已理清了全球干旱应对途径。

通过使用可解释的机器学习方法分析最先进的卫星数据集，他们表明许多生态系统中的植被生理机能在全球范围内的干旱下偏离了其结构。他们的研究结果最近发表在《自然通讯》上，代表了我们对地球生态系统如何应对水资源短缺的理解的重大飞跃。

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全球许多地区的土壤水分干旱无论是持续时间还是强度都在加剧。它会影响植被功能，例如增加碳缺乏和水力衰竭的风险，最终导致植物死亡。植被对干旱的反应反过来又以不同的方式反馈给气候。

传统上，干旱对植被的大规模影响是通过分析植物结构的变化来评估的。例如，卫星数据提供了叶子整体表面以及植被覆盖度和密度的测量(以较大尺度的绿度测量)。

在这项新研究中，李万通周围的国际研究团队利用可解释的机器学习方法分析了新颖的卫星测量结果。这使得他们能够将植物功能的变化(称为生理学)与植物结构响应干旱的变化分开。该研究使用了2018年至2021年干旱事件严重的年份收集的高空间分辨率卫星数据，从而提供了全面的全球视角。

通过关注严重干旱，该团队成功地描述了与光合作用、蒸发和含水量相关的缺水生理反应。他们发现植物的两种功能受到的影响最大。首先，CO2和水蒸气的交换率由气孔、叶子表面上微小的精细控制的开口调节，其次是太阳辐射如何用于光合作用或被叶子吸收的效率。

“植物生理学家之前已经证明，个别植物物种对干旱的反应不仅仅是结构外观的简单变化，”李万通解释道。“我们的研究现在证实了全球范围内的整个植被以及包括许多物种的这一点。”

新方法的优点是多方面的。首先，包括干旱胁迫对植物生物功能的整体影响，比仅仅观察结构或外观，可以更好地了解植被干旱反应。此外，前一种方法可能低估了植被实际受到干旱影响的时间、规模和严重程度。

其次，植被的生理机能通常比其结构外观对压力的反应更快。因此，可以更早地认识到干旱的影响。例如，虽然褐色的草地很容易被认为遭受干旱，但其他植物，特别是树木，可能看起来正常，但实际上已经经历了严重的干旱引起的生理变化。

结果还表明，半干旱和干旱地区的植被受到的影响最大，表明背景气候与生理反应之间存在密切关系。在潮湿地区，科学家观察到植被仍然是绿色的，甚至在干旱期间更绿。然而，它们的功能被削弱，导致在严重干旱期间可以检测到功能和结构变化之间的明显差异。

MPI-BGC研究小组负责人、合著者RenéOrth博士强调：“了解植被功能如何应对干旱对于预测和减轻气候变化的影响至关重要。这些发现为预测和缓解气候变化的影响提供了更准确的基础。”生态系统的生物和环境反馈机制，在塑造我们星球的未来方面发挥着重要作用。”