贡嘎山峨眉冷杉水力特征的时空变异性及其与蒸腾的关系

The tree hydraulic traits, which can affect the water transport and gas exchange of plants and determine the maximum height of trees, is a key factor in the mechanism of tree death. Therefore, the hydraulic traits of trees play a decisive role in the ecophysiological processes, especially water transport. However, how trees adapt to different environments by changing hydraulic traits, and how these changes affect tree transpiration, is an urgent problem to be solved. Relying on the Mount Gongga National Forest Ecological Observation Station, this project takes the typical dark conifer species -- Abies fabri in the Hailuogou valley on the east slope of Mt. Gongga as the research object, and analyzes the hydraulic traits in different seasons (wet season and dry season) and their impact factors of five at five different elevations. The temporal and spatial variations of transpiration of Abies fabri are quantified by thermal diffusion technique, and the relationship between transpiration and hydraulic traits under different environmental conditions will be established. This project aims to elucidate the hydraulic traits of conifer species in response to environmental changes and to reveal the regulation mechanism of transpiration of trees in mountain areas. The results is expected to provide scientific support for accurately understanding the response mechanism of typical forest ecosystems to climate change in mountainous areas and theoretical support for the development of forest ecological hydrology theories and models under the complex land surface of mountainous areas.

树木水力特征影响树木的水分传输、叶片气体交换，能够决定树木的最大高度，是树木死亡机制中的关键因子。因此，树木的水力特征在树木生理生态过程，特别是水分传输过程中起到决定性作用。然而，树木如何通过改变水力特征来适应不同环境，这些变化又如何影响树木的蒸腾，是亟待解决的问题。本项目依托贡嘎山国家森林生态观测站，以贡嘎山东坡海螺沟地带性的暗针叶树种—峨眉冷杉（Abies fabri）为研究对象，分析5个海拔峨眉冷杉不同季节（湿季和干季）的水力特征及影响因子；利用热扩散技术，量化峨眉冷杉蒸腾的时空变异规律，建立不同环境条件下峨眉冷杉水力特征与蒸腾间的关系。旨在阐明山地针叶树种水力特征对环境变化的响应，揭示山地森林树木蒸腾的调控机制，以期为准确认识山区典型森林生态系统对气候变化的响应机理提供科学依据，为发展山地复杂下垫面下的森林生态水文学理论和模型提供理论支撑。

山地森林是全球气候变化的敏感地带，气候变化显著影响山地森林的生态水文过程。蒸腾作为山地森林水循环的重要一环，其定量研究能为我们深入理解森林水循环提供理论依据；而树木水力特征被认为是揭示土壤-植被-大气连续体中水分运输机制的重要因素，是认识树木蒸腾调控机制的关键。项目以贡嘎山东坡山地垂直带谱这一天然实验室，进行了以下几方面的研究：（1）主要植被气孔导度观测与模拟；（2）峨眉冷杉水力特征随海拔高度的变化规律；（3）峨眉冷杉水力特征的季节变化规律；（4）不同时空尺度峨眉冷杉蒸腾的观测及模拟。研究结果表明：（1）边界水分利用效率（λ）与光合有效辐射、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率呈正相关，与土壤湿度和叶面积指数呈负相关；对于乔木、灌木和草本3种植被类型，气候因素是预测λ变化的最有效的因子，其次为土壤因素。（2）随海拔升高，植被蒸腾速率与环境因子间的相关性更强，其中蒸腾速率与光照和温度呈成正相关，与二氧化碳浓度呈负相关；液流逐日变化整体波动幅度与径级大小呈反比，各径级液流速率半小时均值、日均值按大小排列均为：中径级＞小径级＞大径级；大径级峨眉冷杉液流受环境因素的影响程度更小；影响液流的环境因子数量随时间尺度的增大而减少。（3）根部导水率显著高于茎部，且随海拔的变化趋势相反；在高海拔，根部和茎部的栓塞程度均处于较低水平（＜35%），说明峨眉冷杉对高海拔环境具备一定的适应性；峨眉冷杉水力特征符合水力脆弱性分割假说：抗栓塞能力为茎＞根＞叶。通过项目实施，阐明了峨眉冷杉树木水力特征和蒸腾海拔和季节的变异性，揭示了亚高山针叶树种如何通过调节水力结构以适应环境变化，为我们认识气候变化是如何影响山地森林生态水文过程，如何改变区域水文过程格局提供科学依据，为发展适合山地生态系统的生态模型提供理论支持。