沈阳生态所在复叶树种水力结构研究中取得进展

陆生植物对CO₂的同化伴随着水分的散失。高等植物进化出维管系统，使得物质在植物体内更高效地运输，维管系统的产生对植物的进化和全球生态系统的演化产生了深远影响。树木维管系统水分传输的效率和安全性是保障森林生产力形成的功能支柱，相关生理研究对于探讨森林碳汇功能和森林气候变化响应等具有重要意义。

复叶树木是一类重要的树种，我国“东北三大硬阔”（水曲柳、胡桃楸和黄檗）均为复叶树种，复叶特征长期以来被认为与较高的生产力有关。中国科学院沈阳应用生态研究所前期的研究表明，“东北三大硬阔”较大的复叶叶片和环孔材结构二者相组合，使树种得以实现比其他共存树种显著更高的水分传输效率，从而支撑高的潜在光合碳同化速率。然而，由于对木质部结构具有不同的需求，水分传输效率和对干旱造成木质部栓塞的抵抗力二者常呈现显著的权衡关系。复叶树种在保障其高效水分传输能力的同时如何避免灾难性气穴化栓塞发生是一个重要研究命题，在极端干旱事件频发的背景下该研究尤其重要。

沈阳生态所科研人员以水曲柳和胡桃楸为研究对象，利用“木质部栓塞可视化技术”分别对小叶叶脉、复叶叶柄、茎木质部内栓塞产生及扩散情况进行实时捕获及长时间序列记录，量化了不同部位导管在干旱处理过程中气穴化发生的动态过程。研究证实了复叶树种枝条存在显著的水力学脆弱性分割（hydraulic vulnerability segmentation）机制，即叶片、复叶叶柄和茎的水力失败发生的临界水势显著不同，气穴化抵抗力依次为：茎>叶柄>叶片。与叶片和叶柄相比，茎能够在日间蒸腾强烈发生时仍保持较高的水势，茎中气穴化栓塞发生的风险显著低于叶片和叶柄。由于该机制的存在，在严重干旱发生时栓塞优先在更末端的器官发生，复叶的水力系统在极端干旱时起到了“保险丝”的作用，通过“熔断”机制以脱落叶片为代价保护了碳成本更高的茎干。而在湿润生境的非极端水分状况下，复叶树种高效的水力系统支撑高的气孔导度和光合速率，实现了高的生产力。复叶树种是东北典型针阔混交林中的重要组分，研究结果对探讨该地带性植被的气候变化响应具有科学意义。

相关研究成果近期以Hydraulic vulnerability segmentation in compound-leaved trees: evidence from embolism visualization technique为题，发表在Plant Physiology上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。