老龄锐齿槲栎水分吸收策略的灵活性：降水事件与根系生物量的调控作用

《Journal of Plant Ecology》：Older Quercus aliena stands have a more flexible water absorption strategy than younger counterparts

本研究针对全球降水格局变化背景下不同林龄树木水分利用策略不明确的问题，通过δD和δ18O同位素技术结合MixSIAR模型，系统研究了40-150年以上锐齿槲栎林对三种降水量级（7.4/19.6/30.1 mm）的响应。研究发现老龄树林（>60年）在中大雨后能显著提高表层土壤（0-20 cm）水分吸收比例（最高达68.9%），结构方程模型揭示根系生物量是直接驱动因子。该成果为预测气候变化下森林水文功能提供了新见解，发表于《Journal of Plant Ecology》。

　　

在全球气候变化导致降水格局改变的背景下，森林生态系统的水分利用效率正面临严峻挑战。特别是对于生长数十年甚至数百年的老龄树，其长期形成的特定水分吸收策略能否适应快速变化的水分条件，成为生态学家关注的焦点。传统观点认为，随着年龄增长，树木根系会逐渐老化，细根减少，导致水分吸收效率降低。然而，近年来越来越多研究发现，老龄树可能通过根系二态性（深主根与发达侧根的组合）表现出更强的水分吸收可塑性。这种认知矛盾使得探究不同林龄树木水分利用策略具有重要理论价值。

锐齿槲栎（Quercus aliena）作为我国暖温带-北亚热带过渡区的典型树种，其天然次生林序列为研究林龄对水分利用策略的影响提供了理想材料。位于河南宝天曼国家级自然保护区的锐齿槲栎林，拥有40-60年、60-90年、120-150年和150年以上四个完整林龄梯度，为揭示树木水分吸收策略随年龄变化的规律创造了独特条件。

为阐明不同林龄锐齿槲栎对降水变化的响应机制，研究团队设计了严谨的野外监测与室内分析方案。通过采集2021-2022年三次典型降水事件（7.4 mm小雨、19.6 mm中雨、30.1 mm大雨）后的植物木质部、土壤水、降水和地下水样品，利用液态水同位素分析仪（IWA-45EP）测定δD（精度±1‰）和δ¹⁸O（精度±0.2‰）值。采用贝叶斯混合模型（MixSIAR）量化各土层水分利用比例，结合植物属性（胸径、生物量、叶面积指数、光合参数、根系生物量）和土壤属性（容重、田间持水量、总孔隙度、质地、含水量）的同步测定，通过结构方程模型（SEM）解析影响水分吸收策略的关键驱动因子。

水同位素特征揭示土壤水为主要水源

同位素分析显示，所有降水事件后地下水和溪流水δD（δ¹⁸O）值均位于当地大气水线（LMWL：δD=7.8δ¹⁸O+10.7）上方，而土壤水和木质部水同位素值则分布在LMWL下方，表明降水入渗土壤过程中发生了蒸发分馏。木质部水与土壤水同位素值高度重叠，确认土壤水是锐齿槲栎的直接水源，而非地下水或溪流水。

林龄与降水互作调控水分吸收格局

小雨后不同林龄锐齿槲栎水分利用无显著差异，各土层吸收比例均匀（0-20 cm约14%，80-100 cm约29%）。但中雨和大雨后，60年以上老龄林表现出显著差异：表层土壤（0-20 cm）水分吸收比例较40-60年林分提高1.8-3.5倍（60-90年：48.6±3.4%；>150年：53.6±7.6%），相应深层土壤（20-100 cm）利用比例则显著降低。这表明老龄树能根据降水量级灵活调整吸水深度， younger counterparts（年轻对应物）则保持相对稳定的利用模式。

根系生物量是水分吸收策略的直接驱动力

相关性分析显示，吸水比例与根系生物量、田间持水量、总孔隙度等呈负相关，与土壤容重呈正相关。结构方程模型进一步揭示，根系生物量是调控吸水策略的直接因子（标准化路径系数0.80），土壤含水量通过影响根系分布产生间接作用。老龄林在表层土壤中更高的细根生物量（附表S2）直接促进了其对降水后浅层水分的捕获能力。

本研究通过多指标联用揭示了锐齿槲栎水分吸收策略的林龄差异规律：老龄树（>60年）在中大雨后能主动转向利用浅层土壤水，表现出比年轻树（40-60年）更强的生态可塑性。这种灵活性主要源于其发达的浅层根系网络，而非传统认为的土壤水分直接调控。研究结果颠覆了"老龄树水分利用效率低下"的认知，为气候变化背景下森林保护提供了重要启示——老龄树不仅具有生态稳定性维护功能，还通过水文调节作用增强生态系统韧性。未来应加强老龄林保护，特别是在天然林管理中重视其水分调控功能，为森林应对气候变化的适应性管理提供科学依据。