課題組在功能性狀對(duì)防護(hù)林樹(shù)種抗旱性影響機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展
在遼寧省沙地治理與利用研究所章古臺(tái)研究基地同質(zhì)園條件下,我們細(xì)致分析了7種針葉樹(shù)種的重要生理功能性狀,分析了其對(duì)樹(shù)木徑向生長(zhǎng)表現(xiàn)的影響,以揭示水分受限條件下防風(fēng)固沙造林樹(shù)種功能穩(wěn)定性形成的生理生態(tài)機(jī)制。結(jié)果表明:(1)在該水分受限環(huán)境中,具有較強(qiáng)木質(zhì)部水分傳導(dǎo)效率的樹(shù)種雖具有較高的瞬時(shí)光合速率,但并沒(méi)有表現(xiàn)出較快的徑向生長(zhǎng)速率,較高資源獲取和利用潛在效率相關(guān)的功能性狀在水分受限環(huán)境中反而制約了樹(shù)木的生長(zhǎng)。(2)具有較強(qiáng)的木質(zhì)部水分傳輸效率的物種,表現(xiàn)出了較弱的水分傳輸安全性,在面對(duì)極端干旱事件時(shí)受到更嚴(yán)重的水力損傷,從而抵消了其較高潛在水分運(yùn)輸和光合碳同化能力方面的優(yōu)勢(shì),導(dǎo)致其在極端干旱期間的徑向生長(zhǎng)速率下降更為顯著,同時(shí)也表現(xiàn)出對(duì)年際間降雨波動(dòng)更高的敏感性。(3)水分傳輸與利用更加保守的樹(shù)種,則對(duì)極端干旱表現(xiàn)出較強(qiáng)的抵抗力,徑向生長(zhǎng)對(duì)年際間降雨波動(dòng)的敏感性低,在水分受限環(huán)境中具有更高的功能穩(wěn)定性。
同樣,我們發(fā)現(xiàn)在造林實(shí)踐中具有不同功能性狀的樹(shù)種對(duì)環(huán)境適應(yīng)性存在顯著差異。通過(guò)將樹(shù)木年輪氣候分析和水分生理功能性狀測(cè)定相結(jié)合,我們研究了塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)最重要的兩個(gè)造林樹(shù)種——華北落葉松和樟子松生長(zhǎng)表現(xiàn)隨海拔梯度(1336,1428,1517,1687,1825m)變化出現(xiàn)明顯分異的生理生態(tài)機(jī)制。結(jié)果表明:(1)在相對(duì)濕潤(rùn)的1500m海拔以上的林地中,華北落葉松徑向生長(zhǎng)速率高于同一海拔的樟子松,這與該環(huán)境中華北落葉松具有更高的木質(zhì)部水分傳輸效率相一致。(2)與之相反,在海拔低于1500m的林地中華北落葉松徑向生長(zhǎng)速率明顯低于樟子松,甚至在海拔1300m左右只有樟子松可以存活。水力學(xué)研究結(jié)果表明,低海拔下兩種樹(shù)木木質(zhì)部栓塞風(fēng)險(xiǎn)都顯著增加,但落葉松增加更為顯著,水力失敗是該區(qū)低海拔下落葉松人工造林難以成功的重要機(jī)制。(3)樹(shù)輪氣候相關(guān)分析結(jié)果也表明,較低海拔下的華北落葉松徑向生長(zhǎng)受水分的限制顯著強(qiáng)于樟子松。
該研究表明,可通過(guò)水力結(jié)構(gòu)等方面的關(guān)鍵功能性狀測(cè)定,為氣候變化背景下防風(fēng)固沙造林樹(shù)種的篩選和優(yōu)化提供科學(xué)參考。
研究成果分別以"Greater hydraulic safety contributes to higher growth resilience to drought across seven pine species in a semi-arid environment"和"Contrasting patterns of radial growth rate between Larix principis-rupprechtii and Pinus sylvestris var. mongolica along an elevational gradient are mediated by differences in xylem hydraulics"為題,發(fā)表在Tree Physiology和Forest Ecology and Management。植物生理生態(tài)學(xué)科組博士研究生段春旸、助理研究員李名勇分別為兩篇論文的第一作者,郝廣友研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(31722013, 31901093)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2020YFA0608100)、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)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.重要生理功能性狀對(duì)防風(fēng)固沙造林樹(shù)種抗旱性的影響

圖2.塞罕壩不同海拔(水熱組合)條件下落葉松和樟子松徑向生長(zhǎng)規(guī)律的差異

圖3.塞罕壩不同海拔條件下落葉松和樟子松水力性狀的差異
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