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植物水力性狀決定極端干旱引起的干熱河谷植物枯死率

  最近幾十年中,全球范圍內由于極端干旱引發的大范圍森林死亡的報道引起學者和大眾的廣泛關注。關于干旱引發的植物死亡的生理機制以及未來氣候變化條件下森林的干旱響應是最近十多年來學術界一個熱點研究領域。一般認為,極端干旱引發的植物水分運輸系統發生“栓塞”(embolism)導致的水分運輸系統崩潰(hydraulic failure,水分運輸能力的下降直至完全失去傳導能力)是干旱引起樹木死亡的重要原因。植物與水分運輸相關的水力性狀被寄予厚望用于預測植物極端干旱下的響應表現。然而,由于自然條件下極端干旱事件往往難以預測,許多的研究多在控制條件下開展。此外,由于許多水力結構性狀測定困難,先前的研究中往往涉及的物種數量較少,難以在較大尺度上探討不同功能類群的差別。 

  我國西南地區由于高山引起的雨影效應和冬半年干熱的西南季風影響,河谷地區氣候干熱,發育出特有的河谷型薩王納植被”,主要分布在怒江、瀾滄江、元江和金沙江的部分河谷地段,植物具有典型旱生特征在干熱河谷共存著大量不同的生活型和葉片落葉習性的木本植物,這就為研究不同類群植物對于干旱的響應提供了理想的場所。在2015年包括我國在內的整個東南亞經歷了一次強的厄爾尼諾帶來的極端干旱事件,本次干旱過程中,干熱河谷中許多植物末梢枯死和地上部分死亡。針對這次極端干旱事件,版納植物園植物生理生態研究組研究人員與其合作者選擇了40種常見的木本植物,前后三年持續監測了干旱不同階段植物的生理功能變化、旱災后個體的末梢枯死和地上部分死亡情況,同時,系統研究了這些植物枝條和葉片的水力性狀,重點探討了不同類群干熱河谷植物的水力性狀差別以及與植物在極端干旱時期植物的響應表現。結果表明,元江這種嚴重水分脅迫的生境,植物葉片的落葉習性(常綠,早落葉和晚落葉)而非生活型(藤本、樹木、灌木)主要驅動植物枝條和葉片水力特征的適應,相同落葉習性的不同生活型的植物多表現出驅同的適應特征元江干熱河谷植物在葉片和枝條水平均表現出很強的耐旱能力,但種間差異極大,表明迥異的生活史特征。由于落葉習性的差異,不同落葉習性植物干旱中經歷的水力安全風險有差別,從而表現出不同的末梢枯死和地上部分死亡比例。半落葉物種、灌木種類相比其他類群具有更高的枝條枯死和地上部死亡率。此外,研究還指出水力性狀可以較好地預測植物在極端干旱中的表現,但是這種預測能力極大地受到了葉片落葉習性和生活型的影響。 

  研究有助于評估氣候變化對干熱河谷地區物種組成和群落結構帶來的影響,同時在今后群落的恢復和重建過程中,有針對性地進行恢復物種的選擇。相關研究結果近期以Hydraulic prediction of drought-induced plant dieback and top-kill depends on leaf habit and growth form發表在Ecology Letters上。項研究得到元江生態站的大力支持,以及國家自然基金中科院項目經費資助。 

 元江干熱河谷鳥瞰(莫曉雪拍攝) 

 不同功能類群物種性狀PCA 

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