南亚热带不同演替阶段森林植物水分响应策略研究
批准号：
32101255
项目类别：
青年科学基金项目（C类）
资助金额：
30.0 万元
负责人：
李强
依托单位：
学科分类：
生理生态学
结题年份：
2024
批准年份：
2021
项目状态：
已结题
项目参与者：
李强
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
全球气候变化背景下的降水格局改变，显著影响我国南亚热带森林植物的生长、存活和分布。研究表明，植物可采取等水-非等水调节和茎叶干旱脆弱性分割等水分响应策略，以适应环境水分状况的变化。本项目以鼎湖山南亚热带森林为研究对象，选取不同演替阶段森林优势木本植物，在干季和湿季测定叶片气体交换、水势、导水率、脆弱性曲线、渗透调节物质含量、δ13C稳定同位素比率等功能性状，以及叶柄、叶片、木质部结构性状，结合样地降水量、土壤含水量、饱和水汽压等环境因子数据，一方面拟合水势量化植物的等水程度，另一方面拟合P50（导水率丧失50%时的水势值）量化茎-叶干旱脆弱性分割程度，进而分析等水-非等水连续谱与脆弱性分割谱之间的关系及其季节动态，厘清不同演替阶段森林植物的水分响应策略的变异规律，以期阐明植物自身性状和环境因子对水分响应策略的相对贡献，为预测南亚热带不同演替阶段森林植物对全球变化的响应与适应提供科学依据。
英文摘要
Dramatic fluctuations of precipitation under global climate change threaten the growth, survival and distribution of subtropical forest species. Previous studies have shown that plants develop suites of hydraulic strategies to adapt to environmental variations, such as isohydric-anisohydric regulation and stem-leaf vulnerability segmentation. We will select dominant woody species from different stages of secondary succession in subtropical China. Based on the physiological and biochemical traits (e.g. leaf gas exchanges, water potential and hydraulic conductivity of leaf and stem), and anatomical structure traits, and the data of environmental factors, we plan to define plant hydraulic strategies by modelling isohydricity and the degree of vulnerability segmentation of each species in the context of seasonal dynamics. We aim to find the strategy varieties along the succession processes, and explore the relative contributions of environmental factors and plant functional traits to the hydraulic strategy. This project will improve our ability to predict plant responses to change of precipitation pattern in the subtropical forests.
植物的生态策略是植物适应环境和响应全球变化的关键属性，反映了植物在获取和分配资源、响应生物及非生物胁迫、维持生长发育和繁殖等基本活动的策略权衡。基于植物的生态策略探讨群落动态变化的机制、预测其对全球变化的响应与适应，是森林生态学研究的热点内容和基本挑战。本项目依托南亚热带季风常绿阔叶林，结合优势树种的群落动态数据（生长率、死亡率、补员率和多度变化），同时测定了与水力效率和安全、光合固碳能力等资源获取相关的叶片和小枝功能性状。通过计算等水–非等水程度连续谱、水力效率–安全权衡程度连续谱、小枝–叶片水力分割程度连续谱和快–慢连续谱，解析不同生态策略组合与群落动态的关系。结果显示，非等水策略的物种有较高的生长率和补员率，表现为多度增加。此外，非等水物种在湿季有更高的导水效率和光合能力，采取快速的资源利用策略；在干季有更大范围的等水行为转换和更高程度的小枝–叶片水力分割。这些研究结果表明，非等水物种采取快速的资源经济策略，且水分响应策略的季节可塑性较高，因此在群落动态上占优势。沿早期—中期—晚期演替序列，鼎湖山森林群落的等水/非等水策略未见显著变异，而茎—叶水力分割程度表现为演替中期和晚期显著高于演替早期；这一规律与叶片构建成本表现一致，即演替中期开始，植物叶片的构建成本开始降低，因此植物更倾向于通过放弃叶片的策略保护枝条，以应对干旱。此外，驱动植物水分利用策略变异的主要叶片结构为：减小栅栏细胞厚度、增加角质层厚度来减少水分散失；细胞逐渐变小、细胞间隙变小，通过排列逐渐紧密的细胞增加对光能的利用。本研究整合了植物的多个生态策略连续谱，基于水分响应策略揭示了群落动态变化规律及其内在机理，并为更好地预测南亚热带季风常绿阔叶林对全球变化的响应提供了科学依据。
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