中国林科院“十三五”国家自然科学基金项目优秀成果汇编报道48

——暖温带不同功能型树种碳水耦合的气孔与水力调控机制
全球变化生态学：阐明了不同树种的iso-anisohydric气孔行为及树种木质部水力的栓塞脆弱性，首次在降水变化条件下揭示了不同树种叶冠层的碳水耦合关系及其气孔和木质部水力的调控机制；首次在国内重建大样地木本植物物种组成系统发育树，从个体、群落以及系统发育水平分析林冠层碳氮水耦合关键性状的权衡关系，揭示了影响热带林植物碳氮水耦合的生物驱动机制；揭示了极端气候事件对草原生态系统碳收支的差异化影响机制，构建了草原生态系统碳收支响应极端气候的多尺度理论框架，建立了适用于极端气候的草原综合模拟预测技术，为未来极端气候频发情景下草原碳收支变化的机理调控及差异化管理开辟了新途径；首次追踪并定量了荒漠生态系统典型固沙植物白刺新固定碳在“植物-土壤-大气”连续体中的运输动态和分配比例及物候变化趋势。
暖温带不同功能型树种碳水耦合的气孔与水力调控机制
Interaction mechanisms of stomatal behavior and xylem vulnerability of temperate tree species in different functional types
气候变化背景下植物的碳水耦合过程及其调控机制是生态学重要的基础科学问题。大气CO2通过冠层叶片的气孔进入产生光合碳固定，同时散失了水分，不同树种随环境条件变化的气孔行为不同，表现为关闭较快（isohydric行为）或关闭较慢（anisohydric行为），而木质部水力的安全性对叶片的气孔开放和光合固碳过程也起到重要作用。
中国林业科学研究院刘世荣研究员带领的团队在国家自然科学基金（批准号：31290223）等的资助下，通过长期的暖温带天然林原位模拟降雨减少的野外控制试验，系统揭示了不同功能型树种叶冠层的碳水耦合关系及其调控机制。阐明了不同树种的iso-anisohydric气孔行为及树种木质部水力的栓塞脆弱性。首次发现不同树种的气孔行为与木质部抗栓塞能力的组合形式，决定了不同水分条件下树种水力输导对光合固碳的维系能力。水势下降时气孔关闭较快的isohydric树种，减少了水分散失，容易维持生存，但水分减少时光合固碳减弱，生长降低。气孔维持开放的anisohydric激进型树种，若抗栓塞性强，可维持水力的连续性，进而可维系气体交换的固碳过程，充足的非结构性碳又利于对栓塞的修复，维持树木的生存和生长。但是，若树木抗栓塞能力差，当遭遇严重的土壤水分亏缺，则木质部易水力失衡，也难以继续光合固碳过程，固碳的减少又不利于对栓塞的修复，从而易发生严重的枯死。
该研究首次通过同步整合树木的气孔行为和木质部水力的栓塞脆弱性，在水分变化条件下，揭示了不同树种叶冠层的碳水耦合关系及其气孔和木质部水力的调控机制，为建立森林生态系统碳水耦合的机制模型提供了重要的科学依据，研究结果发表在国际期刊AoB Plants。
中国林科院科技处 2021-04-07

关键词 自然科学基金  科技成果  科技创新  气候变化  碳水耦合  调控机制  光合碳固定  图片