沈阳生态所揭示杨树防护林衰退死亡的树高水力限制机制

撰稿: 沈阳应用生态研究所 发布时间:2020-12-14

  气候变化背景下全球大范围地区干旱加剧,已造成大面积的森林衰退死亡,尤其是在干旱、半干旱地区该现象更为严重。杨树是我国北方广大地区防护林建设的主要树种,对保护农田、改善生态环境起着重要作用,但目前杨树防护林存在严重的衰退死亡问题。尤其是在水分较为匮乏的地区,杨树树冠从上至下枝条枯死的现象非常普遍,但相关生理学机制还有待明确。鉴于此,中国科学院沈阳应用生态研究所的科研人员以科尔沁沙地的小青杨防护林为对象,研究了该树种枝条水力结构及其相关生理指标沿着枝条高度的变化规律,以期揭示杨树在此地区经常发生顶端枯死现象的生理学机制。 

   

小青杨顶端枝条枯黄示意图(左图)、树冠不同高度小枝的形态差异(中图)和不同高度枝条的水力结构相关生理指标梯度变化(右图) 

  结果表明,枝条水力结构和叶片水分关系相关生理参数随高度的增加表现出显著的梯度变化。具体表现为随高度增加水势显著降低,高处枝条面临更大的水力失败风险,木质部栓塞程度也更大,即高处枝条水分传输通路出现了更大程度的功能障碍。受木质部栓塞风险沿树高梯度变化的影响,枝条水力导度随高度增加呈显著降低趋势。与树高水力限制测定结果相一致,树冠高处的叶片表现出显著的干旱胁迫特征,如面积显著降低、具有更低的膨压丧失点和饱和渗透势、可溶性糖含量显著增加等。研究结果揭示了水分传输的树高限制是杨树防护林常见“枯梢”现象发生的重要生理机制。从另一角度讲,冠层上部枝条的枯死可理解为干旱胁迫下树木对其整体水力结构的可塑性调整,通过优先舍弃顶端枝条减少水分的进一步散失,从而保护了主干等更重要部分器官的水力安全。该结果暗示矮化型树种具有更强的抗旱性,从而更适合在水分受限地区造林,相关研究结果正在进一步整理中。 

  本研究从树木水力结构角度探讨了杨树“枯稍”的衰退死亡机制,研究结果可为水分受限地区杨树防护林经营管理提供科学依据。该研究成果近期以“Hydraulic limitation underlies the dieback of Populus pseudo-simonii trees in water-limited areas of northern China”为题发表在Forest Ecology and Management期刊。植物生理生态学科组方立东博士为该论文第一作者,郝广友研究员为通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金(31722013)等项目的支持。 

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