北热带和南亚热带典型森林群落木本植物的水力结构及其对季节性干旱的水力适应

As a consequence of global warming, rainfall seasonality in tropical and lower subtropical regions in southern and southwestern China result in significant seasonal drought with increasing frequency and intensity, which in turn brought profound impacts on tree survival, forest composition, and ecosystem function in those regoins.In this proposed research, we will measure xylem hydraulic architecture and seasonal hydraulic fluctuations of 180 woody plants (trees, shrubs and lianas) from four typical forest types in the regions (subtropical monsoon evergreen broad-leaved forest, tropical karst seasonal rain forest, dry-hot valley hard-leaved forest, tropical seasonal rain forest).Our hypothesis is that these forest plants have a covergence in their xylem vulnerability to seasonal drought, which might be due to the lack of effective hydraulic adjustments during the dry season. Finally, we will clarify the role of xylem functional traits in predicting plant performance, and the relationships between species abundance dynamic and environmant factors such as no-rain days and soil water potential in the dry season. Our objectives are to reveal the adaptation of tropical and lower subtropical plants and the changes of forest compositions in response to climate change, and to provide guidelines for forest management and vegetation restoration in heavily-degraded areas.

气候变暖导致我国北热带和南亚热带季风气候区的降雨格局发生改变，季节性干旱的程度和频率显著增加，已经严重影响到该区域森林植物的生长、群落结构和生态系统功能。本项目拟测定北热带和南亚热带4种典型的森林类型（南亚热带常绿阔叶林、热带喀斯特季雨林、干热河谷硬叶小叶林、热带季节雨林）共180种木本植物的木质部水力结构，并连续监测这些植物水力特征的季节动态，提出以下假设：这些木本植物尽管来自不同的森林群落，生长环境存在差异，但是普遍缺乏有效的水力调节机制，导致它们的木质部输水能力对季节性干旱具有一致的脆弱性。本项目将进一步利用木质部水力性状预测物种的群落学特征以及环境变化对物种多度的影响。研究结果不仅为评价和预测气候变化背景下我国北热带和南亚热带森林群落动态提供直接的理论依据，还能为区域森林的经营和管理、退化生态系统的植被恢复提供重要参考。

气候干热化导致热带亚热带森林群落结构发生显著的改变。植物水力结构不仅能阐明植物的生长分布规律以及干旱死亡机制，还能在更大的尺度上探讨森林群落动态。但是，对热带亚热带植物水力结构的研究还很匮乏。本项目测定了热带季节性雨林/热带喀斯特干性森林/南亚热带常绿阔叶林/干热河谷肉质灌丛等4种植物群落共200多种木本植物的水力结构，并监测水力指标的季节动态。同时，从发表文献中收集其它森林植物的相关水力性状并进行综合分析。遵照项目任务书的研究内容和任务，已经完成了预期目标，取得的主要成果如下：.1）发现木质部水分运输效率性和安全性之间的权衡关系是解释热带喀斯特和非喀斯特树种水力适应策略的关键。.2）发现干旱地区植物枝条的抗气穴化能力要强于叶片，符合脆弱性分区假说。但是很多湿润地区植物却没有枝条-叶片的脆弱性分区，它们可以通过有效的水力补偿机制应对干旱胁迫。.3）发现叶片膨压丧失点不仅能够衡量不同植物个体或群落的耐旱性，而且与一系列植物水力学和碳经济学性状相关，在植物经济学谱系中具有重要的指示意义。.4）发现热带亚热带不同森林类型的水力安全边界具有显著的差异，南亚热带常绿阔叶林具有较大的水力安全边界，不支持“全球森林的水力安全边界都很小”这一论断。.5）揭示了热带喀斯特树木在正常旱季和极端干旱时期水力响应的差异。树木在极端干旱时期的水力失败与其枝叶枯死现象相关，说明植物栓塞脆弱性测定结合长期水势监测（尤其极端干旱时期）的必要性。.6）发现南亚热带常绿阔叶林中具有快速生长策略的树种的多度在增加，具有相反特征的树种的多度在减少，这是对区域气候变化的响应和适应。植物水力性状是预测森林群落物种多度变化的关键特征。.以上研究结果拓展了植物水力学基础理论，阐明了热带亚热带植物水力特征的多样性，揭示了森林群落物种多度动态变化的水分生理生态机制，为植物多样性保护、生态恢复以及森林管理提供科学依据。