《Plant Ecology》：Summer precipitation pulse response in western Joshua trees (Yucca brevifolia Englm.)
编辑推荐：
为探究西部约书亚树（Yucca brevifolia Englm.）能否利用夏季降水改善水分状况、光合作用等，以及预浇水气体交换生理是否受前期水分条件影响，研究人员开展相关研究。结果表明，较大降水脉冲可促进其光合作用，前期水分影响 3 个半月内消散，该成果对相关保护项目意义重大。
在广袤的莫哈韦沙漠中，西部约书亚树（
Yucca brevifolia Englm.）不仅是当地生态系统的重要组成部分，更是具有深厚文化意义的标志性植物。然而，如今它却面临着严峻的生存挑战。气候变化导致气温上升，降水模式改变，这对依赖特定环境条件生存的约书亚树来说，无疑是巨大的威胁。据预测，到 2100 年，北美夏季季风带来的降雨可能减少 40%，但人们并不清楚约书亚树能否像其他沙漠植物一样，利用夏季降水脉冲来缓解水分压力，提升自身的生存能力，也不清楚前期的水分条件会对其光合作用产生怎样的影响。在这样的背景下，来自美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校（University of California Santa Cruz）的研究人员，为了解开这些谜团，开展了一系列研究，其成果发表在《Plant Ecology》上。
研究人员采用了多种技术方法来开展研究。在实验地点的选择上，他们挑选了位于加利福尼亚州约书亚谷以北约 2 公里的伯恩斯皮诺岭加州大学自然保护区（Burns Pinon Ridge UC Natural Reserve）。在气象数据收集方面，利用当地气象站收集气温、降雨等数据，同时获取历史气候数据作为参考。实验植物选取了 10 株未分枝的约书亚树，并对其进行分组。研究中还运用了土壤水分测量技术，通过插入土壤的传感器监测土壤含水量；采用压力室和露点电位计测量叶片水势；使用便携式光合作用系统测定光合气体交换；利用脉冲幅度调制荧光计评估叶绿素 a 荧光。
下面来看看具体的研究结果：
- 气候与气象：伯恩斯皮诺岭保护区年降水量有明显的季节性差异，秋冬季节降水较多，夏季降水较少且多以脉冲形式出现。2023 年的热带风暴希拉里（Tropical Storm Hilary）给研究区域带来了 83 毫米的强降雨，同时还伴有大风天气。
- 土壤湿度：2021 年，浇水后植物 5 厘米深度土壤体积含水量（VWC）有所增加，25 厘米深度变化不大；2023 年，热带风暴希拉里带来的降水使土壤 VWC 显著增加，且在测量期内保持相对稳定。
- 叶片水势：2021 年，浇水对叶片水势（Ψleaf）影响不显著；2023 年，风暴前后叶片水势也无明显变化，但 2023 年未浇水植物的叶片水势均值似乎比 2021 年高，不过经校正后差异不显著。
- 气孔导度：2021 年，浇水后气孔导度（gs）有所上升，但差异不显著；2023 年，风暴后气孔导度显著增加，且 9 天后虽有所下降但仍高于风暴前水平。
- CO2同化：2021 年，浇水后净叶水平CO2同化率（Anet）增加不显著；2023 年，风暴后Anet显著增加，9 天后清晨光合速率恢复到风暴前水平，其他时段仍高于风暴前。
- 叶绿素 a 荧光：2021 年，浇水后部分荧光参数有变化，但差异多不显著；2023 年，风暴后部分荧光参数显著变化，如Fv′/Fm′和?PSII显著增加，不过Fv/Fm有所下降，但仍接近理论最大值。
综合研究结果和讨论部分来看，西部约书亚树能够对较大规模的夏季降水脉冲做出积极响应，在热带风暴希拉里带来大量降水后，其光合作用的多个方面都得到了提升，并且这种影响持续了数周。然而，模拟的平均 10 毫米季风降雨脉冲对其光合参数影响不显著，这意味着可能存在一个降水阈值，低于该阈值约书亚树难以做出有效响应。同时研究发现，前期降雨对夏季光合作用的影响在三个半月内就会消散。叶片水势在面对降水变化时保持相对稳定，这表明约书亚树可能采用等水关系策略来应对环境变化。此外，研究还发现，尽管约书亚树在 8 月未降雨的情况下，依然能维持一定的生理功能，但较大规模的降水事件能减轻植物可能积累的压力。
这项研究具有重要意义，它揭示了西部约书亚树在气候变化背景下对夏季降水的响应机制，为保护、恢复和辅助迁移等项目提供了关键的科学依据。通过了解约书亚树对降水的需求和响应，人们可以更好地制定保护策略，帮助这种具有重要生态和文化价值的植物在不断变化的环境中生存下去。
