植物の水利用効率に関する地球規模パターンを発見(New Study Reveals Global Patterns of Plant Intrinsic Water-Use Efficiency)

2026-01-09 中国科学院(CAS)

植物の内在的水利用効率(iWUE)は、葉レベルでの炭素同化と水損失の関係を示す重要な指標であるが、これまで主に局地的観測に基づいて理解されてきた。中国科学院地理科学・資源研究所の傅正教授らの国際研究チームは、2001~2020年を対象に、C3植物の葉の炭素同位体分別の全球分布(アイソスケープ)を構築し、iWUEの全球的分布と長期変化を定量化した。その結果、iWUEは寒冷・乾燥地域で高く、温暖・湿潤地域で低い傾向を示し、過去20年間で全球平均は上昇していた。水ストレスの増大に伴いiWUEは上昇するが、強度が高まると増加は鈍化すること、また土壌水分よりも大気乾燥度(VPD)の影響が支配的であることが明らかになった。これらの知見は、将来的な陸域炭素吸収源の安定性評価に重要な示唆を与える。

<関連情報>

葉レベルの固有水利用効率の地球規模分布と変化および水ストレスへの応答 Global distribution and changes of leaf-level intrinsic water use efficiency and their responses to water stress

Xiang Wang,Zheng Fu,Philippe Ciais,Lixin Wang,Nina Buchmann,Trevor F. Keenan,Martin De Kauwe,Josep Peñuelas,Guo Chen,Xiaoying Gong,Jingfeng Xiao,Xing Li,Qiaoyun Xie,Paul C. Stoy,David Makowski,William K. Smith,Han Wang,Songhan Wang,Fangyue Zhang & Shuli Niu
Nature Communications  Published:07 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-68252-9 An unedited version of this manuscript 

Abstract

Intrinsic water use efficiency (iWUE) at the leaf level measures water expenditures by terestrial plants during photosynthesis, yet its global spatiotemporal dynamics and responses to water stress remain poorly understood. Using machine-learning models and carbon isotope observations in C3 foliage, here we elucidate global patterns, trends, and water-stress responses of leaf iWUE. We find high iWUE in cold, arid regions and lower values in warm, humid areas. From 2001 to 2020, global iWUE increases at 0.2 ± 0.02 μmol mol-1 year-1, with strong biome specific differences. Grasslands exhibit the highest mean iWUE but the slowest increase, whereas evergreen broadleaf forests show the lowest iWUE yet the fastest increase. iWUE rises with increasing water stress, but the rate of growth diminishes as water stress intensifies. Vapor pressure deficit influence iWUE more broadly than soil moisture. The ecological optimality model reproduces the spatial patterns of leaf iWUE and identifies vapor pressure deficit as the dominant driver, but overestimates mean iWUE and its trend. Our findings suggest that increasing water stress may slow the rate of global iWUE increase as the climate continues to warm.

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