防護林對維護生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)安全和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我國“三北”防護林工程為世界上最大的生態(tài)保護工程，過去40年中在防治我國北方水分受限地區(qū)土地退化和沙化方面發(fā)揮了重要作用。在氣候變暖導(dǎo)致干旱加劇的背景下，該地區(qū)出現(xiàn)了較大范圍的樹木衰退死亡現(xiàn)象，已有研究確定水分是“三北”地區(qū)樹木存活、生長的重要限制因素，但相關(guān)水分生理機制仍不明確。
近期，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所與遼寧省固沙造林研究所等單位的科研人員合作，依托位于“三北”防風(fēng)固沙重點區(qū)域—科爾沁沙地的烏蘭敖都荒漠化試驗站（沈陽生態(tài)所）和章古臺防風(fēng)固沙林研究基地（遼寧省固沙造林研究所），以樟子松和油松兩種重要的防護林樹種為研究對象，從樹木水力結(jié)構(gòu)角度入手，并利用樹木年輪分析技術(shù)，對木質(zhì)部水分傳導(dǎo)相關(guān)的生理特征及樹木徑向生長趨勢開展了區(qū)域間及樹種間的對比分析。
結(jié)果表明，相對于生長在半濕潤區(qū)（章古臺）的同種樹木，半干旱區(qū)（烏蘭敖都）的樟子松和油松近年表現(xiàn)出更顯著的樹干徑向生長下降趨勢，且對降水波動都具有更高的敏感性。在烏蘭敖都，兩種樹木的輪寬指數(shù)均與5-7月的降水量成正比，但與同期的溫度成反比，但該趨勢在相對濕潤的章古臺并不顯著。與徑向生長差異一致，兩種樹木在水分限制更嚴(yán)重的烏蘭敖都表現(xiàn)出更低的水力導(dǎo)度和氣穴化栓塞程度（圖1）。結(jié)果還表明，同種環(huán)境條件下樟子松比油松具有更高的水力導(dǎo)度和更大的胸高斷面積年增量，這可能是其更廣泛栽培的重要原因。與其相反，油松以犧牲生長速率為代價，換來更高的木質(zhì)部栓塞抵抗力和干旱過后更強的生長恢復(fù)力，在未來氣候更加暖干化的背景下，油松防護林很可能較樟子松防護林具有更高的功能穩(wěn)定性。也即，兩種樹木在不同環(huán)境條件下各有優(yōu)缺點，需要在造林實踐中根據(jù)實際條件進行選擇。
通過空間序列代替時間序列的對比分析，本研究表明氣候干暖化影響下樹木的衰退死亡風(fēng)險可能會加劇。水力失敗是干旱脅迫下防護林樹木衰退死亡的一種重要生理機制，且水力學(xué)參數(shù)的種間差異，與樹木的生長速率、干旱抵抗和恢復(fù)力的差別密切相關(guān)，可作為氣候變化背景下造林樹種選擇優(yōu)化和防護林可持續(xù)經(jīng)營的重要參考指標(biāo)。
相關(guān)研究成果以“Greater risk of hydraulic failure due to increased drought threatens pine plantations in Horqin Sandy Land of northern China”為題發(fā)表在Forest Ecology and Management期刊。植物生理生態(tài)學(xué)科組李名勇助理研究員和近期畢業(yè)的方立東博士為共同第一作者，郝廣友研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金及國際人才計劃等項目的支持。
圖1. 章古臺與烏蘭敖都樟子松、油松的邊材比導(dǎo)率（Ks）、葉片比導(dǎo)率（Kl）及木質(zhì)部栓塞百分比（PLC）。ZGT-PS、ZGT-PT分別表示章古臺樟子松和油松；WLAD-PS、WLAD-PT分別表示烏蘭敖都樟子松和油松。柱狀圖上方的“**” 、 “ns”分別表示同一采樣區(qū)兩個樹種指標(biāo)值差異顯著（P < 0.05，n = 6）或不顯著；柱狀圖上方的不同字母或相同字母分別表示同一個樹種在兩個采樣區(qū)的指標(biāo)值差異顯著（P < 0.05，n = 6）或不顯著
