氣候變化背景下全球大范圍地區(qū)干旱加劇，已造成大面積的森林衰退死亡，尤其是在干旱、半干旱地區(qū)該現(xiàn)象更為嚴(yán)重。楊樹是我國北方廣大地區(qū)防護(hù)林建設(shè)的主要樹種，對保護(hù)農(nóng)田、改善生態(tài)環(huán)境起著重要作用，但目前楊樹防護(hù)林存在嚴(yán)重的衰退死亡問題。尤其是在水分較為匱乏的地區(qū)，楊樹樹冠從上至下枝條枯死的現(xiàn)象非常普遍，但相關(guān)生理學(xué)機(jī)制還有待明確。鑒于此，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所的科研人員以科爾沁沙地的小青楊防護(hù)林為對象，研究了該樹種枝條水力結(jié)構(gòu)及其相關(guān)生理指標(biāo)沿著枝條高度的變化規(guī)律，以期揭示楊樹在此地區(qū)經(jīng)常發(fā)生頂端枯死現(xiàn)象的生理學(xué)機(jī)制。
小青楊頂端枝條枯黃示意圖（左圖）、樹冠不同高度小枝的形態(tài)差異（中圖）和不同高度枝條的水力結(jié)構(gòu)相關(guān)生理指標(biāo)梯度變化（右圖）
結(jié)果表明，枝條水力結(jié)構(gòu)和葉片水分關(guān)系相關(guān)生理參數(shù)隨高度的增加表現(xiàn)出顯著的梯度變化。具體表現(xiàn)為隨高度增加水勢顯著降低，高處枝條面臨更大的水力失敗風(fēng)險(xiǎn)，木質(zhì)部栓塞程度也更大，即高處枝條水分傳輸通路出現(xiàn)了更大程度的功能障礙。受木質(zhì)部栓塞風(fēng)險(xiǎn)沿樹高梯度變化的影響，枝條水力導(dǎo)度隨高度增加呈顯著降低趨勢。與樹高水力限制測定結(jié)果相一致，樹冠高處的葉片表現(xiàn)出顯著的干旱脅迫特征，如面積顯著降低、具有更低的膨壓喪失點(diǎn)和飽和滲透勢、可溶性糖含量顯著增加等。研究結(jié)果揭示了水分傳輸?shù)臉涓呦拗剖菞顦浞雷o(hù)林常見“枯梢”現(xiàn)象發(fā)生的重要生理機(jī)制。從另一角度講，冠層上部枝條的枯死可理解為干旱脅迫下樹木對其整體水力結(jié)構(gòu)的可塑性調(diào)整，通過優(yōu)先舍棄頂端枝條減少水分的進(jìn)一步散失，從而保護(hù)了主干等更重要部分器官的水力安全。該結(jié)果暗示矮化型樹種具有更強(qiáng)的抗旱性，從而更適合在水分受限地區(qū)造林，相關(guān)研究結(jié)果正在進(jìn)一步整理中。
本研究從樹木水力結(jié)構(gòu)角度探討了楊樹“枯稍”的衰退死亡機(jī)制，研究結(jié)果可為水分受限地區(qū)楊樹防護(hù)林經(jīng)營管理提供科學(xué)依據(jù)。該研究成果近期以“Hydraulic limitation underlies the dieback of Populus pseudo-simonii trees in water-limited areas of northern China”為題發(fā)表在Forest Ecology and Management期刊。植物生理生態(tài)學(xué)科組方立東博士為該論文第一作者，郝廣友研究員為通訊作者，該研究得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金(31722013)等項(xiàng)目的支持。
