我组在树木水力结构对冻融循环的响应方面取得新进展
我国森林生态系统树种的长期稳定发展对缓解全球变化至关重要,然而,在我国高纬度高海拔地区,森林优势树种面临着冬季低温冻害。诸如,幼苗越冬死亡和树木越冬发生枯梢等现象。以往的研究主要集中在低温对树木组织、形成层或器官造成的直接伤害方面,对于冬季频繁发生的冻融循环事件对树木木质部造成的水力失败研究较少。研究表明,冻融循环事件是造成森林树木死亡、衰退的主要原因。
鉴于此,为了探讨造成这种现象的生理生态学机制,从而为我国林业发展提供科学理论基础。我所植物生理生态学科组郝广友研究员、牛存洋博士研究生以我国中高纬度地区温带森林生态系统中优势树种为研究对象,探讨优势树种水力结构特征和光合水分生理特征对冻融循环胁迫的响应机制。重点从木质部水力结构角度,研究不同功能类群树种对冻融循环的抵抗能力,以及不同功能类群树种对逆境胁迫环境的适应策略。重点比较了有木质部正压力(根压/茎压)树种和没有木质部正压力的树种对冻融循环的响应和适应策略的差异,以及不同功能性状之间的协同和权衡关系的差异。
结果表明,冻融循环事件(freeze-thaw cycle)可诱导枝条木质部产生大量的气栓,造成不同功能类群树种丧失20%~90%的导水率。环孔材具较大的导管,丧失90%左右的导水率,散孔材具有较小的导管,抵抗冻融循环胁迫的能力较强。其次,具有木质部正压力的树种可以有效修复冬季产生的气穴化栓塞,导水效率显著高于其它类群不具有修复机制的树种。不同功能类群树种适应冻融循环胁迫的策略存在显著差异,有修复机制的树种在生长季基本完全修复冬季冻融循环诱导的气穴化栓塞,解除了冻融循环胁迫对其生长的限制。
编辑和审稿人认为,该论文从冬季木质部栓塞角度入手,研究温带较寒冷地区树种水力结构方面的适应性策略,具有较高的创新性:"Most studies of xylem embolism focus on drought-induced embolism. This study is therefore a novel contribution to the literature"。
该研究结果以"Divergence in strategies for coping with winter embolism among co-occurring temperate tree species: the role of positive xylem pressure, wood type and tree stature"为题发表在Functional Ecology。该项目获得国家自然科学基金(31500222)、中国科技部项目(2016YFA0600803)和中国科学院百人计划项目(QYZDJ-SSW-DQC027)资助。
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