我組研究成果揭示固沙灌木環(huán)境適應(yīng)性差異的水分生理機(jī)制
土地退化是當(dāng)今世界主要的生態(tài)危機(jī)之一,我國(guó)北方干旱、半干旱地區(qū)面臨著嚴(yán)重的土地荒漠化風(fēng)險(xiǎn)??茽柷呱车刈鳛槲覈?guó)最大的沙地,其土地荒漠化風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重威脅"京津冀城市群"和"遼中南城市群"的環(huán)境安全和生態(tài)文明建設(shè)。人工防風(fēng)固沙灌木林的建立是科爾沁沙地植被恢復(fù)的主要措施之一,而選擇適當(dāng)固沙灌木樹種是植被恢復(fù)成功與否的關(guān)鍵。在沙丘植被恢復(fù)過(guò)程中的各個(gè)階段,不同的固沙灌木種具有顯著不同的生長(zhǎng)表現(xiàn)(圖1),但其生理機(jī)制尚不明確。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所植物生理生態(tài)學(xué)科組、美國(guó)邁阿密大學(xué)、阿根廷國(guó)家科學(xué)與技術(shù)研究理事會(huì)的科研人員開展了合作研究,依托沈陽(yáng)生態(tài)所烏蘭敖都荒漠化試驗(yàn)站,以幾種分別在流動(dòng)和固定沙丘占據(jù)優(yōu)勢(shì)的重要固沙灌木為對(duì)象,研究了其木質(zhì)部水分傳導(dǎo)和水分利用等相關(guān)生理特征和過(guò)程,以揭示其水分生理適應(yīng)機(jī)制。
結(jié)果表明,在沙丘植被恢復(fù)過(guò)程中土壤水分含量呈下降趨勢(shì),固定沙丘不同土層的含水量總體上顯著低于流動(dòng)沙丘。在植被恢復(fù)初期(流動(dòng)沙丘)階段,先鋒灌木種具有"索取型"的水分利用策略、較高的水分傳導(dǎo)效率和光合碳同化能力(圖2),從而能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)快速的生長(zhǎng)速率,迅速占領(lǐng)生境并起到限制沙丘流動(dòng)的作用,而相對(duì)快速的生長(zhǎng)速率也是先鋒固沙灌木應(yīng)對(duì)流動(dòng)沙丘環(huán)境沙埋風(fēng)險(xiǎn)的重要適應(yīng)機(jī)制。而在植被恢復(fù)后期(固定沙丘)階段占據(jù)優(yōu)勢(shì)的灌木種采取"保守型"的水分利用策略,具有較低的水分傳輸效率但更高的木質(zhì)部氣穴化栓塞抵抗力(圖2),因此在干旱脅迫更嚴(yán)重的固定沙丘上具有相對(duì)更強(qiáng)的存活能力。在沙丘恢復(fù)進(jìn)程中,固沙灌木的水分消耗對(duì)土壤的水分狀況產(chǎn)生顯著的反饋?zhàn)饔?,而土壤水分條件的變化又對(duì)灌木的生存產(chǎn)生影響,植物-土壤在水分關(guān)系方面的互饋?zhàn)饔檬巧城鹬脖谎萏娴闹匾砩鷳B(tài)學(xué)基礎(chǔ)。
該研究從木質(zhì)部水力結(jié)構(gòu)特征和葉片水分利用策略角度,揭示了水分條件具有較大時(shí)空異質(zhì)性的沙丘環(huán)境中不同固沙灌木環(huán)境適應(yīng)性差異的生理生態(tài)機(jī)制。相關(guān)結(jié)果可為水分受限地區(qū)人工固沙植被建立過(guò)程中更好地遵循"適地適種"原則,以及為防風(fēng)固沙灌木林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。相關(guān)研究成果分別發(fā)表于Forest Ecology and Management 和Land Degradation and Development 期刊。植物生理生態(tài)學(xué)科組博士研究生龔雪偉和郭晶晶分別為兩篇論文的第一作者,研究員郝廣友為通訊作者,該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、中科院國(guó)際人才計(jì)劃、遼寧省"興遼英才計(jì)劃"青年拔尖人才項(xiàng)目等的支持。
論文鏈接:
1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378112719314665
2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ldr.3493
圖1. 沙丘植被恢復(fù)不同階段典型固沙灌木的環(huán)境適應(yīng)性差異。在人工植被固沙工程中,固沙灌木山竹巖黃芪和小葉錦雞兒通常被搭配種植,在沙丘植被恢復(fù)早期階段(左)山竹巖黃芪占優(yōu)勢(shì)地位,而小葉錦雞兒在后期階段(右)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。
圖2. 沙丘植被恢復(fù)不同階段的優(yōu)勢(shì)固沙灌木水分傳導(dǎo)(左)和水分利用(右)特征。流動(dòng)沙丘灌木烏丹蒿和小黃柳具有較高的水分傳導(dǎo)效率,采取"索取型"的水分利用策略;而固定沙丘灌木小葉錦雞兒和檸條錦雞兒具有較高的水分傳導(dǎo)安全性,采取"保守型"的水分利用策略。
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