高度并不会影响最高的热带龙脑香科树木的液压系统

《SCIENCE》：Height does not impair the hydraulic system of the tallest tropical Dipterocarp trees

　　

编辑总结

树木中的导管如同长吸管，负责将水分从根部输送到远端的叶片。在较低的水压下，这些导管容易失效，而在高处维持足够的水压更为困难。因此，人们认为水分运输能力限制了树木的生长高度，较高的树木可能更容易遭受干旱影响。不过，这些来自温带生态系统的规律是否也适用于热带树木，目前尚不清楚。Bittencourt等人研究了在2023–2024年厄尔尼诺干旱期间及之后，婆罗洲五种龙脑香科树木——已知最高的 tropical树类——的性状变化，以探究这些高大的热带树木是否具有能够补偿水分胁迫的特徵。研究人员发现，这些树木的导水特性能够弥补因高度增加而导致的水分势下降，表明它们具备抗旱能力。——Bianca Lopez

结构化摘要

引言

森林生态系统中的过半数碳储存在仅1%的最高大树木中。预计在未来的干旱气候条件下，这些高大树木更易受到干旱造成的损害。随着树木高度的增加，从根部到叶片的距离也会增加，从而增大水流阻力。此外，高度增加还会使重力作用更加显著，降低叶片的水分势，而水分势是衡量叶片水分状况的关键指标。尽管树木可以通过调整相关特性来减轻这些影响，但仍有观点认为，重力和路径长度的影响会降低高大树木保持树冠湿润、抵御干旱的能力。然而，至今仍缺乏直接数据来证明树木的高度是否会对其水分运输系统产生负面影响。

研究依据

为研究树木高度对其水分运输系统的影响，我们选择了世界上最高的被子植物科——龙脑香科的树木作为研究对象，这类树木在东南亚的雨林中占主导地位。我们选取了5个物种的38棵树木，其高度在7.1米到71米之间。我们在一次严重干旱发生前、期间和之后，测量了与树木导水功能相关的多种特性以及生长速率，旨在确定高大树木的树冠是否会出现供水不足的情况，因为这可能会增加它们遭受干旱的风险并抑制其生长。

研究结果

我们的研究表明，高大树木的木质导管解剖结构会发生相应调整，例如在树干底部形成更粗的导水导管，以此来弥补因路径长度增加而带来的水流阻力上升问题。同样，虽然随着高度增加重力作用增强，叶片的水分势确实有所下降，但叶片承受更低水分势的能力也在提升，因此叶片的功能并未受到影响。此外，我们发现木质组织遭受干旱诱发的栓塞现象——即阻碍水分从根部流向叶片，进而增加树木遭受干旱损害风险的现象——的脆弱性与树木高度无关。在一次严重的干旱事件中，也没有观察到树木生长速率随高度增加而下降的现象，这一结果进一步支持了上述结论。

结论

我们的研究证明，树木的高度并不会削弱世界上最高的热带树种的水分运输系统，也不会随着树木生长得更高而增加其导水系统的脆弱性或导致生长速率下降。随着树木高度的增加，它们的木质解剖结构和叶片功能会进行相应调整，以完全抵消路径长度和重力带来的影响。我们的研究提示，树木遭受干旱诱发栓塞现象的脆弱性可能更多与树冠微气候和遮荫程度有关，而非高度。因此，那种认为树木体型越大则越容易遭受干旱影响的观点需要进一步验证，同样，认为树木高度会对水分运输系统产生负面影响、从而导致高大树木死亡率更高的观点也需要更多证据支持。

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较高的龙脑香科树木的导水功能并不比较低的树木更差。

研究涉及的龙脑香科树木涵盖了不同的高度范围。随着树木高度的增加，它们的水分运输系统会进行相应调整，以应对更长的叶土距离以及更强的重力对木质部的影响，因此其功能不会因高度增加而受损。图中的人和三层楼高的房屋用于展示比例关系。[3D扫描由英国伦敦大学学院地理系的M. Disney及其同事完成]

摘要

森林中一半的地上生物量储存在少数极高大的树木中。由于高度会影响它们的导水系统，这些巨大的树木被认为更容易遭受干旱造成的损害。我们研究了世界上最高的热带树种——东南亚的龙脑香科树木——的导水系统是否会受到其高度的负面影响。树木高度导致的木质部压力升高，可以通过调整导管解剖结构和叶片的导水特性得到完全补偿，因此在一次严重干旱期间，这些树木的生长并未因高度而受到影响。由此可见，树木的高度并不会增加世界上最高的 Tropical树种导水系统的脆弱性，它们的生长速率也不会比那些较矮的树木更容易受到干旱的负面影响。