我組在較高緯度地區(qū)樹木生產(chǎn)力影響機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展
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(dǎo)木質(zhì)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(jìn)化出不同的適應(yīng)性機(jī)制應(yīng)對(duì)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(zhì)部正壓(莖壓或根壓),溶解木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)氣栓,從而修復(fù)導(dǎo)管的水分傳輸功能。樹木儲(chǔ)存的非結(jié)構(gòu)碳水化合物(NSC),對(duì)木質(zhì)部正壓的產(chǎn)生起著關(guān)鍵作用,氣栓修復(fù)與結(jié)構(gòu)性生長均消耗NSC,栓塞修復(fù)可能與結(jié)構(gòu)性生長存在對(duì)NSC的競爭,但尚未有研究提出并驗(yàn)證該科學(xué)假設(shè)。
本團(tuán)隊(duì)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(gè)屬的15個(gè)樹種,對(duì)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(fù)之間的權(quán)衡關(guān)系。結(jié)果表明:(1)具有木質(zhì)部正壓修復(fù)機(jī)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(zhì)部正壓修復(fù)機(jī)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(fù)相關(guān),說明冬季栓塞修復(fù)碳投入的種間差異介導(dǎo)了生長和水力安全之間的權(quán)衡關(guān)系。該研究從樹木水力學(xué)-碳經(jīng)濟(jì)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(yīng)性策略差異的機(jī)理性內(nèi)涵。
該研究成果近期以"A trade-off between growth and hydraulic resilience against freezing leads to divergent adaptations among temperate tree species"為題在Functional Ecology上發(fā)表。植物生理生態(tài)組與荷蘭瓦赫寧根大學(xué)Forest Ecology and Forest Management首席科學(xué)家團(tuán)隊(duì)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生殷笑寒為第一作者,郝廣友研究員為通訊作者。該工作得到了國家自然基金(31870593, 31722013)、中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所特色所大團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的支持。
圖1. 槭樹、樺樹和楊樹屬樹木生長速率、冬季可溶性糖含量和冬季栓塞程度的差異
圖2. 氣栓修復(fù)和樹木生長對(duì)碳水化合物需求間的矛盾介導(dǎo)生產(chǎn)力和水力安全間的權(quán)衡
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