暖温带不同功能型植物的水分利用策略及对降水变化的响应

Water is a limiting factor in the vegetation restoration activities at the warm temperate zone, which is also a key factor during vegetation succession and dynamics. Global climate change will bring precipitation variation and lead to more severe drought in some areas. Plant water use strategy can be reflected by plant functional traits, but water use strategies of different plant functional types are not fully understood. In this proposal, different wood plants that are typical in warm temperate zone will be selected and different types of drought will be simulated. Plant water use strategy will be discussed from anatomy, water physiology, osmosis adjustment, aquaporins expression, and some other plant functional traits. Plant drought tolerance and death mechanism under severe conditions, plant responses to precipitation change will also be studied. Species drought tolerance will be compared, and different species will be put into different functional types. The mechanisms concerning plant water use strategy and the plant responses to precipitation variation will be clarified. All the results can be used for the species selection and management in the vegetation restoration activities. We also want to illustrate the possible vegetation dynamics and evolvement trends under precipitation change in the future.

水分是暖温带植被恢复的限制因子，也是影响植被演替和动态的关键因子。气候变化会引起降水格局发生改变，导致部分地区干旱进一步加剧。植物的水分利用策略通过植物的功能性状来体现，不同功能型植物的水分利用策略还需深入研究。本课题选取暖温带的常见木本植物，利用水分模拟控制实验，从形态解剖、水分生理、渗透调节和水通道蛋白分子表达等方面探讨植物的水分利用策略、极端干旱情况下的耐受机理与死亡机理和对未来降水格局变化的响应，综合比较不同物种的耐旱能力，并将物种按照功能型进行重新划分，揭示不同功能型植物的水分利用策略及对降水变化的响应机制，为暖温带植被恢复中物种的选择和管理提供理论指导，同时预测降水变化情况下暖温带植被可能的动态和演化趋势。

水分是暖温带植被恢复的限制因子，也是影响植被演替和动态的关键因子。气候变化会引起降水格局发生改变，导致部分地区干旱进一步加剧。本研究选取暖温带常见的木本植物，从控制实验和大田实验两方面对物种的水分利用策略进行了比较分析，研究内容包括物种在持续干旱下的水分利用策略以及干旱复水后的恢复能力、物种对降水变化的生理生态响应、物种水分利用策略的季节变化、物种对人为扰动和干旱条件的生理生态响应研究四个方面。研究结果表明：（1）在持续干旱情况下，本地物种麻栎和荆条表现为水稳态响应，外来物种刺槐和紫穗槐表现为非水稳态响应，木质部水力性状、叶片气体交换性状、碳水化合物的储备对于物种干旱后的恢复响应起到重要作用；（2）非水稳态策略的刺槐在缓慢干旱及快速干旱致死时均有水力崩溃的发生，而水稳态策略的麻栎在快速干旱致死时才会发生水力崩溃；（3）物种在干旱死亡的过程中不同器官的死亡先后顺序不同，刺槐茎的死亡可以表征植物个体的死亡，而麻栎叶片的死亡即表征个体的死亡；（4）随着降水强度和频率的降低，刺槐各项生理指标和生长指标均呈现下降趋势，降水强度和降水频率处理之间存在交互作用；（5）降水频率并没有影响荆条和火炬树的竞争结果，外来物种火炬树在任何水分条件下都有生长优势；（6）麻栎、刺槐、荆条、火炬树的水分利用策略随着季节发生改变。生长季前期和后期植物树冠各层次均表现出较低的水分传导速率，而在快速生长季，植物有良好的水分吸收、传导和散失能力，物种的内在水分利用机制（水稳态/非水稳态）决定了干旱响应策略，这与控制实验结果吻合；（7）国槐和刺槐对干旱和去叶处理有不同的响应，国槐比刺槐恢复能力更强，而刺槐比国槐的生物量产量更高。本项目依据水分利用策略对暖温带常见物种进行了分组，并对常见物种在降水变化下的响应策略进行了探讨，这对于理解暖温带植被的动态和演化趋势具有重要科学意义。