在較高緯度和高海拔的溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)中,樹木越冬過程中頻繁發(fā)生的凍融交替可誘導木質部氣穴化栓塞的產(chǎn)生,損傷樹木的水分傳輸功能。溫帶樹種進化出不同的適應性機制應對凍融引起的冬季栓塞(winter embolism),例如,槭樹屬和樺樹屬樹種可在冬春季節(jié)產(chǎn)生木質部正壓(莖壓或根壓),溶解木質部導管內(nèi)氣栓,從而修復導管的水分傳輸功能。樹木儲存的非結構碳水化合物(NSC),對木質部正壓的產(chǎn)生起著關鍵作用,氣栓修復與結構性生長均消耗NSC,栓塞修復可能與結構性生長存在對NSC的競爭,但尚未有研究提出并驗證該科學假設。
本團隊選擇長白山闊葉紅松林中槭樹屬(能產(chǎn)生根壓和莖壓)、樺樹屬(只能產(chǎn)生根壓)、楊樹屬(不能產(chǎn)生正壓)三個屬的15個樹種,對比分析了冬季氣穴化栓塞程度、冬季NSC不同組分(淀粉和可溶性糖)的含量,以及樹木生長速率的屬間和種間變異,探究了樹木生長和冬季栓塞修復之間的權衡關系。結果表明:(1)具有木質部正壓修復機制的樹種(槭樹和樺樹)在休眠季表現(xiàn)出較高的可溶性糖含量,冬季氣穴化栓塞程度較低。(2)不具有木質部正壓修復機制的樹種(楊樹),雖然在生長季表現(xiàn)出較高的光合速率、組織NSC含量和徑向生長速率,但在冬季具有顯著較低的可溶性糖含量。(3)樹木休眠季可溶性糖含量與徑向生長速率之間存在顯著的負相關,說明冬季栓塞修復碳投入的種間差異介導了生長和水力安全之間的權衡關系。該研究從樹木水力學-碳經(jīng)濟耦合的新穎角度切入,豐富了溫帶森林樹種功能多樣性和適應性策略差異的機理性內(nèi)涵。






