國家重點研發(fā)計劃項目“典型人工林生態(tài)系統(tǒng)對全球變化適應機制”召開中期自查會
沙地樟子松(Pinussylvestris var. mongolica)是我國"三北"防護林體系工程建設中最重要的防風固沙樹種。1953年,遼寧省章古臺固沙造林試驗站(現(xiàn)固沙造林研究所)在章古臺開始引種育苗試驗。1955年春,中國科學院林業(yè)土壤研究所(現(xiàn)沈陽應用生態(tài)研究所)最早將樟子松2年生幼苗由黑龍江省牡丹江市苗圃和帶嶺苗圃引種到位于科爾沁沙地東南緣的遼寧省章古臺;同年秋季,遼寧省固沙造林研究所也進行了造林試驗,從而開創(chuàng)了樟子松治沙造林的先例。引種造林成功后,沙地樟子松在"三北"地區(qū)大面積推廣,發(fā)揮了巨大的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。然而,我國第一代樟子松人工林大部分已進入中齡、近成熟期或成熟期,上世紀90年代以來,遼西北風沙區(qū)等地的樟子松人工林出現(xiàn)了嚴重的衰退現(xiàn)象,其衰退機制以及科學的更新經(jīng)營研究已成為當務之急。
沙地樟子松較老齡人工林出現(xiàn)衰退的現(xiàn)象與其原產(chǎn)地形成鮮明對比,在大興安嶺紅花爾基地區(qū)的天然林中,樹齡達300年以上的個體依然能健康生長?;诖?,我們開展了原產(chǎn)地和引種地環(huán)境條件下不同年齡沙地樟子松的生理生態(tài)對比研究。重點從樹木水分生理和光合生理耦合的角度入手,分析了沙地樟子松在人工林條件下衰退死亡的生理生態(tài)機制。結(jié)果表明,除幼樹以外,與天然林相比人工林樟子松枝條水力導度顯著較低,并且松隨著樹齡的增大木質(zhì)部導水率顯著下降,而天然林中該趨勢不顯著(圖1)。人工林樟子松越冬過程中木質(zhì)部栓塞程度顯著高于天然林個體,且在樹齡較大的個體中表現(xiàn)出更顯著的干旱脅迫特征,人工林樟子松通過降低葉片的相對面積來緩解更嚴重的水分虧缺,然而在干旱脅迫較長期存在的環(huán)境中,該調(diào)整最終可導致樹木的碳收支失衡,限制了人工林樟子松的生長(圖2),同時也增加了其衰退死亡的風險。這項研究表明樹木水力結(jié)構(gòu)與水分受限環(huán)境中沙地樟子松人工林的衰退具有密切的關聯(lián),該研究結(jié)果將為較干旱氣候條件下樟子松林人工林可持續(xù)經(jīng)營提供較重要的基礎理論依據(jù)。
上述結(jié)果以Hydraulics play an important role in causing low growth rate and dieback of aging Pinussylvestris var. mongolica trees in plantations of Northeast China為題發(fā)表在Plant, Cell and Environment雜志。植物生理生態(tài)組畢業(yè)博士劉艷艷為第一作者,郝廣友研究員為通訊作者,次生林組朱教君研究員、遼寧固沙造林研究所和內(nèi)蒙古大興安嶺林業(yè)科學技術研究所相關科研人員為共同作者。該研究得到了中國科學院"百人計劃"、國家自然基金委優(yōu)秀青年基金(31722013)、中國科學院前沿重點研究項目(QYZDJ-SSW-DQC027)等的支持。

圖1. 人工林與天然林中不同胸徑大小的沙地樟子松枝條的邊材比導率(Ks)和葉比導率(Kl)。

圖2. 人工林與天然林沙地樟子松胸高斷面積增長量(BAI)隨胸徑(DBH)的變化趨勢,顯示人工林個體的樹莖生長速率(直線斜率)顯著低于天然林個體。
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