課題組在較高緯度地區(qū)樹木生產(chǎn)力影響機制研究方面取得新進展
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(zhì)部正壓(莖壓或根壓),溶解木質(zhì)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(jié)構(gòu)碳水化合物(NSC),對木質(zhì)部正壓的產(chǎn)生起著關(guān)鍵作用,氣栓修復與結(jié)構(gòu)性生長均消耗NSC,栓塞修復可能與結(jié)構(gòu)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(shè)。
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(quán)衡關(guān)系。結(jié)果表明:(1)具有木質(zhì)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(zhì)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(guān),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(quán)衡關(guān)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。
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Forest Ecology and Forest Management首席科學家團隊聯(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)、中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所特色所大團隊等項目的支持。

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. 氣栓修復和樹木生長對碳水化合物需求間的矛盾介導生產(chǎn)力和水力安全間的權(quán)衡
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