不同地理种源木荷对极端干旱的生理生态响应研究

More frequent extreme droughts could occur under future climates, and thereby forests may have greater risk of mortality. Therefore, to accurately predict the risk of mortality in trees is an urgent ecological task. Yet, the physiological mechanisms underlying drought-induced tree mortality are unresolved. Particularly, how the mechanisms vary within species remains to be experimentally examined. This project aims to investigate the carbon and water relations during drought-induced mortality among provenances of Schima superb, which is an ecologically and economically important species. Rain-out shelters will be utilized to exclude the natural precipitation to control the duration and severity of drought stress. Six provenances with differentiated functional traits along climate gradients will be subjected to drought stress until death in those rain-out shelters. Growth, leaf gas exchange, water relations and non-structural carbohydrate concentration will be determined. This project aims to investigate drought tolerance and strategies among provenances of Schima superba and elucidate physiological mechanisms underlying their mortality. Results from this project will help to evaluate the capacity of Schima superb populations to cope with future altered rainfall patterns and to provide theoretic understandings for ecological model modifications. Furthermore, they will provide insights into selection of varieties with high tolerance, exploitation of resources and policy making on forest management.

未来降水格局改变将增加极端干旱频率，从而使森林干旱死亡风险加大。准确预测树木的死亡风险是亟待解决的生态学课题。然而树木干旱死亡的生理机制仍不清楚，特别是同一树种不同地理种源的死亡机制有何差异仍有待试验探讨。本项目以具有重要生态和经济价值的木荷(Schima superba)为研究对象，探讨不同地理种源木荷在干旱死亡过程中的碳水生理生态特征。利用遮雨棚对气候和地理梯度明显的6个种源进行干旱处理，并测定苗木死亡过程中的生长、叶片气体交换、水分关系和非结构性碳水化合物含量等特征，以揭示不同地理种源木荷的抗旱策略及干旱致死机制的差异性。研究结果将进一步阐释木荷种群应对气候变化背景下降水格局改变的能力，以期为生态模型的修正提供基础数据和理论依据，并为木荷优良抗逆品种筛选、资源开发利用及森林管理提供科学参考。

全球气候变化背景下，未来降水格局改变将增加极端干旱频率，从而使森林干旱死亡风险加大，进而改变森林生态系统结构与碳水循环过程，并影响其碳汇功能。因此，准确预测树木的死亡风险是亟待解决的生态学课题。然而树木干旱死亡的生理机制仍不清楚，特别是同一树种不同地理种源的死亡机制仍鲜有研究。本项目以具有重要生态和经济价值的木荷幼树为对象，利用野外遮雨棚探讨了不同地理种源在干旱死亡过程中的碳水生理生态特征，包括水分关系特征(叶片水势、茎木质部导水率及其栓塞化程度、水分利用效率及解剖结构)和碳生理特征(生长、叶片气体交换和非结构性碳水化合物含量)，并揭示了不同地理种源的抗旱策略及干旱致死机制的差异性。结果表明，在本实验的土壤干旱条件下，所有种源木荷均表现为气体交换参数下降，以及叶片水势和茎木质部栓塞化程度超过水力阈值，然而各器官的非结构性碳水化合物含量无显著下降。证实了“水力失衡”在树木干旱死亡过程中的重要贡献，然而“碳饥饿”并未发生。另外，不同地理种源在不同器官层次具有不同的碳水利用和干旱响应策略。叶层面，叶片超微结构和水分特征(如膨压丧失点)具有一定种源差异性，但气孔解剖结构、叶气体交换参数以及气孔干旱敏感性的种源差异性不显著。茎层面，尽管不同种源的木质部解剖结构具有一定差异，然而导水安全性(P50)与其相关性不大，表现为福建种源最低。整株层面，苗木生长具有种源差异性，即干旱处理江西种源的生长快，广西和福建种源的生长慢。另外，死亡格局表明江西种源死亡最快，广西和福建种源的死亡慢。综上，叶与茎层面的种源差异性对死亡格局影响不大，而植株大小是影响不同种源死亡格局的主要因子。该项目的研究结果可为预测同一树种不同种群应对气候变化背景下降水格局改变的能力提供理论依据，并为进一步修正植被生态预测模型提供基础数据。同时，研究结果也可为木荷优良抗逆品种筛选、资源开发利用及森林管理提供科学参考。