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为探究湿润森林树木根系吸水和叶水平内在水分利用效率（WUEi）及其时间变化，研究人员以马尾松（Pinus massoniana）和山茶（Camellia japonica）为对象，分析同位素等指标。发现两者吸水模式相似，且受季节影响，马尾松吸水深度与 WUEi 紧密相关，山茶受氮限制明显。研究为评估植物资源获取提供框架。
在全球气候变化背景下，森林生态系统的水分利用和碳循环机制一直是生态学研究的核心议题。对于湿润森林而言，尽管其降水充沛，但不同层次树种如何协调根系吸水策略与水分利用效率，以及种间竞争对资源分配的影响尚不明确。目前，多数研究聚焦于干旱半干旱地区的植物水分利用，而湿润森林中冠层与林下树种的根系吸水动态及其与水分利用效率的关联机制仍缺乏系统性认知。尤其是在亚热带湿润松林这类具有重要碳汇功能的生态系统中，优势冠层树种与邻近林下树种在不同季节如何调整吸水深度，以及这种调整是否影响叶片的内在水分利用效率（WUEi，即叶片碳同化量与蒸腾失水量的比值），这些问题制约着人们对森林生态系统水分 - 碳耦合循环的预测能力。
为填补这一研究空白，来自中国相关研究机构的研究人员针对亚热带湿润松林展开了深入研究。该团队以该区域的优势冠层树种马尾松（Pinus massoniana）和常见林下树种山茶（Camellia japonica）为研究对象，通过分析 2021 年 4 月至 2022 年 6 月期间的木质部和土壤水分同位素（δ1?O、δ2H）、叶片碳同位素（δ13C）、土壤及植物水分含量，以及叶片氧同位素（δ1?O）和氮含量的季节变化，探讨了不同层次树种根系吸水模式与 WUEi 的时间动态关联。研究成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》，为理解湿润森林的水分 - 碳循环机制提供了关键数据支撑。
研究采用的主要技术方法包括：
- 稳定同位素分析：测定木质部和不同深度土壤水分的 δ1?O、δ2H，以定量分析植物吸水来源的比例；测定叶片 δ13C（反映 WUEi）和 δ1?O（反映气孔导度，通过叶片 1?O 相对于水源的富集度 Δ1?O 表征）。
- 植物生理指标测定：检测叶片氮含量（作为光合能力的代理指标）、木质部和叶片水分含量（反映植物水分状态）。
- 土壤水分动态监测：记录不同季节浅层与深层土壤水分含量（SWC）的变化，分析降水模式对土壤水分分布的影响。
4.1 土壤水分状况与种间吸水深度差异
研究发现，亚热带湿润松林的浅层土壤水分常年保持稳定，这与该区域规律且充沛的降水及湿润气候密切相关。强季节性降水和前期降水显著影响深层土壤水分含量（SWC_deeper）及浅层与深层土壤水分差（ΔSWC_shallow-deeper），但对浅层土壤水分（SWC_shallow）影响较小。在相对干旱季节（主要为特定时段），面对浅层土壤水分保持较高水平而深层水分急剧下降的情况，冠层马尾松和林下山茶均表现出吸水层上移的趋势，即更多利用浅层土壤水。然而，在春季干旱期间，仅山茶将吸水转向深层土壤，表明此时种间对浅层水分的竞争激烈，而马尾松凭借冠层优势在浅层水分获取中占据竞争优势。
4.2 吸水深度与 WUEi 的种间差异
对于马尾松，其对浅层水分的依赖与 WUEi（通过叶片 δ13C 衡量）呈正相关。进一步分析表明，浅层吸水通过负向影响叶片相对（相对于木质部）水分含量（ΔLWC-XWC）和气孔导度（由 Δ1?O 代理），进而调节 WUEi。具体而言，依赖浅层水时，马尾松可能通过增强气孔限制来提高水分利用效率。与之形成鲜明对比的是，山茶的 WUEi 对吸水深度的时间变化不敏感，其较低的叶片氮含量表明其光合作用和 WUEi 受到严重的氮素限制，这可能导致其无法通过调整吸水策略来有效优化水分利用效率。
结论与讨论
本研究揭示了亚热带湿润松林中，冠层树种马尾松的根系吸水深度与 WUEi 之间存在紧密耦合关系，而林下树种山茶因受较强的水分尤其是氮素限制，两者的关联并不显著。前期降水决定的浅层与深层土壤水分差异，是驱动马尾松根系吸水深度、叶片相对水分状态（ΔLWC-XWC）和 WUEi 时间变化的关键环境因子。种间竞争仅在特定干旱时期（如春季干旱）导致土壤水分分配差异，表明湿润森林中树种的吸水策略既受季节性水分分布调控，也受种间资源竞争的影响。
研究的重要意义在于：
- 首次系统阐明了湿润森林中冠层与林下树种根系吸水策略与 WUEi 的时间动态关联，弥补了湿润生态系统相关研究的不足。
- 发现氮素限制对林下树种水分利用策略的制约作用，为理解森林群落结构维持机制提供了新视角。
- 基于同位素和生理指标的综合分析框架，为评估湿润森林植物的地下资源获取限制及叶片水平水分利用策略提供了可借鉴的方法论，有助于提升对气候变化下森林生态系统功能变化的预测能力。
本研究通过多维度的生理生态数据，揭示了湿润森林中树种对环境变化的精细适应机制，其结果对于优化森林管理策略（如林下植被调控）和预测气候变化下的森林碳汇功能具有重要参考价值。
