亚热带常绿阔叶林优势树种碳水过程对持续干旱事件的响应与恢复机制

The carbon and water processes of subtropical evergreen broadleaf forests will be strongly influenced by the frequent extreme drought events in the future. The ecosystem models is not able to simulate or predict such effect due to a lack of the understanding of mechanisms underlying the response and recovery of plant carbon and water processes to persistent drought. In order to bridge this knowledge gap, we will conduct a controlled experiment with persistent drought and rewetting on five dominant species in a subtropical evergreen broadleaf forest at Ningbo, Zhejiang Provence. This research will investigate the changing trajectories of physiological indices related to carbon and water processes in plants, quantify the resistance and resilience of these processes, and to elucidate the relationships between species traits and the resistance and resilience in order to explore the influence of drought intensity, embolism forming and plant death on the resistance and resilience of carbon and water processes. This project will set a solid theoretical basis for ecosystem models to simulate and predict the spatiotemporal dynamics in carbon and water fluxes under the background of drought, and provide effective scientific support for the management and protection of subtropical evergreen broadleaf forests.

未来极端干旱事件的频发将会对亚热带常绿阔叶林的碳水过程带来强烈影响。由于缺乏关于植物碳水过程对持续干旱的响应与恢复机制的系统认识，现今的生态系统模型对这一影响的模拟和预测存在较大的不确定性。本研究拟以浙江宁波天童亚热带常绿阔叶林的不同干旱敏感性的五个树种为研究对象，采用同质园受控实验的方法模拟持续干旱和复水过程，并连续监测与植物碳、水过程相关的生理指标的变化轨迹，定量它们对干旱的抵抗力和恢复力，从而探讨干旱强度、气栓形成、植物死亡等对碳、水过程抵抗力和恢复力的影响，并阐明植物在干旱影响下的抵抗力和恢复力与物种性状的联系。本研究将为生态系统模型模拟和预测干旱背景下碳水过程的时空动态提供坚实可靠的理论基础，为亚热带常绿阔叶林生态系统的管理和保护提供详实有效的科学依据。

亚热带常绿阔叶林是我国特有的一种森林类型，其生物多样性高、碳吸收能力强，具有重要的生态系统服务价值。在未来极端干旱越来越频发的背景下，亚热带常绿阔叶林的生态系统功能将会受到极大的影响。然而，目前关于亚热带常绿树种碳水循环过程对极端干旱的响应机理，以及种间差异的形成原因，尚不清楚。本项目以具有不同干旱敏感性的五个优势树种（赤皮青冈、苦槠、浙江樟、浙江楠、木荷）为研究对象，利用同质园受控实验模拟持续干旱和干旱后复水过程，追踪亚热带常绿阔叶林优势树种关键碳水过程在水分胁迫和水分恢复时的动态轨迹，定量其对持续干旱的抵抗力与恢复力，并探究抵抗力与恢复力在不同物种间存在差异的形成机制。我们的主要研究结果显示，在干旱过程中，随着土壤水分的下降，植物的各个生理过程也逐渐下降。总体而言，苦槠对干旱的抵抗力最强，其次为木荷、浙江樟、赤皮青冈和浙江楠。光合作用与蒸腾作用在不同物种间的差异，主要由叶片水势的差异造成。而叶片水势的这一差异，可能主要因不同栓塞程度所导致的输水能力的不同而造成。在恢复过程中，叶片水势的恢复速度较快，一般在2-3天能恢复至正常状态，而光合和蒸腾的完全恢复需要1-3周。总体而言，苦槠的恢复能力最强，其次为木荷、浙江樟、赤皮青冈和浙江楠。不同物种对干旱的抵抗力和恢复力之间存在正相关关系，并且都受植物的抗栓塞能力（P50）调控。这些结果均表明，导致物种间差异的主要原因可能是植物的避旱策略。这是因为亚热带森林在进化历史上没有经历过严重的干旱事件，因此主要靠避旱而非耐旱策略应对干旱事件。由于缺乏有效的耐旱策略，亚热带常绿阔叶林可能会在未来极端干旱事件下显得特别脆弱，因此是未来森林管理的重点所在。