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气候变化下,干旱对夜间树液流影响不明。研究人员在青藏高原东北缘监测青海云杉(Picea crassifolia)和祁连圆柏(Juniperus przewalskii)的树液通量密度等。结果显示,干旱程度对夜间树液流影响大于物种差异,这有助于评估植物 - 水关系和预测水资源分布。
在全球气候变化的大背景下,干旱事件的发生愈发频繁,强度也不断加大,这使得许多地区的干旱程度发生了显著变化。植物的夜间树液流在其生理活动中扮演着极为重要的角色,它不仅参与了土壤水分的再分配过程,还对植物的养分吸收、氧气供应以及水力系统的修复有着关键作用。然而,以往的研究大多聚焦于季节性干旱对夜间树液流的短期影响,对于长期的干旱程度以及不同物种特异性气孔行为如何影响夜间树液流,科学界仍然知之甚少。这种知识上的空白,使得我们在评估植物与水的关系,以及预测水资源分布时面临诸多困难,难以建立更为精准的生态水文模型。
为了填补这些知识空白,来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们选择了青藏高原东北缘作为研究区域,该地区受北半球西风带和亚洲季风的共同影响,降水梯度变化明显,拥有多种不同干旱程度的森林生态系统。研究人员选取了两种具有代表性的树种,即青海云杉(Picea crassifolia)和祁连圆柏(Juniperus przewalskii),这两种树在该地区分布广泛,但它们的气孔对干旱的响应截然不同:青海云杉属于等水植物,气孔调节较为严格;祁连圆柏属于非等水植物,气孔调节相对宽松。
研究人员在 2019 年的生长季(5 月至 9 月),对四个干旱至半干旱站点北坡的 16 棵青海云杉和南坡的 14 棵祁连圆柏的树液通量密度(F)以及相关环境因素进行了监测,评估了它们的夜间树液通量密度(Fn)、夜间树液流量(Qn),以及夜间树液流量占日树液流量的比例(Qn/Q)。
研究结果
- 干旱程度对Qn/ Q的影响:在干旱地区,非雨天的Qn约占总Qn的 83%,半干旱地区约为 78%。干旱站点祁连圆柏和青海云杉非雨天的平均Qn/ Q分别为 8% 和 5%,半干旱站点则分别为 15% 和 14%。这表明半干旱环境中两种树的Qn/ Q高于全球 98 个物种的平均水平(12%),与全球云杉属(Picea)的平均Qn/ Q(15%)相近,且高于地中海地区的全球平均水平(11%) ,说明干旱程度对Qn/ Q影响显著。
- 干旱程度和物种对F*n和*Qn/ Q的影响差异**:研究发现,干旱程度不同导致的Fn和Qn/ Q差异可达 2 - 4 倍,而物种间差异小于 1.3 倍。这充分证明了干旱程度对夜间树液流的影响远远强于物种特异性气孔行为的影响。
- 不同环境因素对Fn的影响:在半干旱地区,大气水汽压亏缺(VPD)对两种树的Fn起主导作用(圆柏r = 0.86,云杉r = 0.78);在干旱地区,土壤水势对Fn影响更显著(圆柏r = 0.26,云杉r = 0.57)。这表明不同干旱程度下,影响夜间树液流的关键环境因素不同。
研究结论与讨论
这项研究通过对青海云杉和祁连圆柏夜间树液流的详细监测与分析,清晰地揭示了干旱程度在影响夜间树液流及其对环境响应方面,比物种特异性气孔行为有着更强的作用。干旱地区较低的Qn/ Q和Fn意味着更强的土壤水力再分配,这有助于缓解土壤干旱,减轻植物的干旱压力。而在更干燥南坡生长的祁连圆柏有着更高的Fn,显示出其在干旱环境中可能具有更优越的水分调节策略。
该研究成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》上,为理解高海拔干旱生态系统中植物与水的关系提供了关键数据支持,有助于林业管理者制定更为科学合理的森林管理策略,也为区域水资源的精准预测提供了重要依据,对完善生态水文模型有着重要意义。
在研究方法上,研究人员主要采用了长期定位监测技术,对选定树木的树液通量密度及相关环境因素进行持续观测记录。同时运用数据分析技术,对监测所得的大量数据进行统计分析,计算Fn、Qn、Qn/ Q等指标,并分析它们与环境因素之间的相关性,从而得出可靠的研究结论。