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不同氣候區(qū)木本植物的碳-水經濟平衡策略：氣候驅動木本植物功能分配的適應性調節(jié)
木本植物的碳水代謝依賴于復雜的維管系統(tǒng)網絡：木質部負責將水分從根部輸送到葉片，韌皮部將光合產物運輸到植物各處，而射線薄壁組織則承擔儲存和橫向運輸等關鍵功能。這三種組織的面積與葉片面積的比例系數(即功能比例)，反映了植物在水分運輸、碳運輸和儲存功能之間的權衡。然而，過去研究多集中于木質部功能，而對韌皮部和射線薄壁組織的投資策略及其氣候驅動因素知之甚少。然而，在較大地理尺度上，植物如何調整這些功能比例以適應氣候的變化?此外，同一環(huán)境中共生的不同生活型植物是否存在趨同或分化的策略尚不得而知。
為回答上述科學問題，中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)與東北林業(yè)大學研究團隊，基于西雙版納、哀牢山、麗江和長白山的森林林冠塔吊平臺，研究了55種冠層木本植物的木質部與韌皮部不同功能組織的分配系數。結果發(fā)現，與暖濕的熱帶森林相比，高海拔和高緯度寒冷地區(qū)的樹木單位葉面積具有更高的木質部和韌皮部占比，這表明寒冷氣候中的樹木面臨短生長季、凍融栓塞風險和積雪負荷等更嚴峻壓力，需要投資更多維管組織以保證生存。同時，射線薄壁組織與葉片面積的比例在高海拔地區(qū)顯著增加，反映了樹木在光照限制和凍融脅迫下需增強儲存能力。值得注意的是，盡管不同氣候區(qū)之間的功能比例差異顯著，但在同一森林中，不同生活型(闊葉樹、針葉樹、藤本植物)卻表現出趨同趨勢，顯示環(huán)境過濾是塑造枝條分配策略的主導力量。進一步發(fā)現木質部-韌皮部功能比例與植物高度、木材密度、水力導度等性狀顯著相關，表明這些分配策略與植物的整體生理表現緊密耦合。
研究對于理解冠層樹木在全球氣候變化加劇背景下如何在不同氣候環(huán)境下平衡生存與生長資源，為預測森林生態(tài)系統(tǒng)響應、指導森林管理和保護提供科學參考。研究結果也為改進全球植被模型提供了關鍵的生理參數，有助于更準確地預測森林對未來氣候的適應能力。研究結果近期以“Functional ratios diverge across climates but converge within environments in 55 woody canopy plants”在線發(fā)表于New Phytologist上，東北林業(yè)大學張嵐副教授為論文第一作者，版納植物園植物逆境生態(tài)學研究組陳亞軍研究員為通訊作者。研究得到中國博士后科學基金、國家自然科學基金、云南省重點基金及版納植物園“十四五”規(guī)劃項目的資助。同時，該研究也得到西雙版納站、哀牢山站、麗江站以及長白山站的大力支持。
圖1 該研究理論框架與四個研究樣點的林相對比。
圖2不同氣候區(qū)物種功能分配系數比較。
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