喀斯特地區(qū)土層淺薄且極不連續(xù)，下伏的表層巖溶帶裂隙管道發(fā)育，這不僅使得喀斯特生態(tài)水文過(guò)程和植物水分環(huán)境明顯區(qū)別于絕大多數(shù)非喀斯特地區(qū)，生態(tài)環(huán)境亦更為脆弱。西南喀斯特地區(qū)系全球三大喀斯特集中分布區(qū)之一，由于歷史上不合理的人類活動(dòng)和“十一五”以來(lái)大規(guī)模的生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，幾十年間，該區(qū)植被整體上經(jīng)歷了由破壞到恢復(fù)的變化過(guò)程，曾經(jīng)以石漠化為主要特征的西南喀斯特山區(qū)植被覆蓋度明顯提升。但由于該區(qū)特殊的地質(zhì)條件，地表水滲漏嚴(yán)重、水文過(guò)程迅速等導(dǎo)致降雨后只能維持?jǐn)?shù)日的濕潤(rùn)環(huán)境，巖溶干旱頻發(fā)，嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)和分布。同時(shí)，全球變化尤其是降水格局變化背景下，西南喀斯特地區(qū)不僅年均降水量呈下降趨勢(shì)，極端氣候事件（如降水和干旱）出現(xiàn)的頻率亦明顯升高，且這種變化的空間異質(zhì)性正逐漸降低，致使該區(qū)植物承受雙重的水分脅迫。然而，目前已有研究對(duì)喀斯特典型生境植物如何響應(yīng)水分條件變化仍缺乏深刻認(rèn)識(shí)，極大地限制了對(duì)已恢復(fù)植被群落穩(wěn)定性評(píng)估與動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。
近期，中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士生丁亞麗在陳洪松研究員和聶云鵬副研究員的指導(dǎo)下，基于環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站的野外原位控制試驗(yàn)平臺(tái)，聚焦經(jīng)歷持續(xù)135天（7-11月）的遮雨處理樣地（大塊孤立出露基巖），以無(wú)處理樣地為對(duì)照，利用碳?xì)溲醴€(wěn)定同位素技術(shù)，結(jié)合植物生理生態(tài)學(xué)研究方法，跟蹤監(jiān)測(cè)分析了喀斯特典型石生環(huán)境不同生活型11種木本植物對(duì)生長(zhǎng)季干旱的響應(yīng)特征。研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)連續(xù)土層分布但風(fēng)化基巖層裂隙管道較為發(fā)育的石生環(huán)境中，植物的用水策略差異不完全取決于常綠落葉等生活型特征。另外，接收自然降雨的不同生活型植物種在生長(zhǎng)季期間各項(xiàng)理化指標(biāo)變異程度較?。欢珊堤幚順拥仉S著遮雨天數(shù)的增加，生境內(nèi)可利用水分急劇減少，目標(biāo)物種呈現(xiàn)出明顯的兩類響應(yīng)特征。（1）遮雨條件下始終以淺層土壤或風(fēng)化基巖層中物理深度相對(duì)較淺、頻繁被雨水補(bǔ)給、氫氧同位素值波動(dòng)大且易受蒸發(fā)影響的“水庫(kù)”（即動(dòng)態(tài)庫(kù)）為主要水源的物種，由葉片黎明前水勢(shì)反映的根區(qū)水分環(huán)境持續(xù)降低，且據(jù)正午水勢(shì)的變異系數(shù)、線性混合模型、植物Hydroscape面積等多種定量方法計(jì)算結(jié)果均顯示該類植物的非等水勢(shì)程度較高，且物種固有水分利用效率較低、胸徑普遍較小，干旱致死率較高。（2）遮雨期間能夠以物理深度較深、僅能被較大降雨直接補(bǔ)給、基本不受蒸發(fā)影響且同位素值相對(duì)穩(wěn)定的“水庫(kù)”（即穩(wěn)態(tài)庫(kù)）為主要水源的物種，黎明前和正午水勢(shì)均相對(duì)穩(wěn)定，屬于偏等水勢(shì)類型植物，該部分物種固有水分利用效率高，且植物個(gè)體普遍較大，遮雨試驗(yàn)期間未出現(xiàn)干旱致死。
本研究揭示的由水分來(lái)源深度（即根系深度）牽引的植物響應(yīng)干旱的兩類收斂性特征，不僅反映了喀斯特巖土環(huán)境在適生物種自然篩選方面強(qiáng)烈的生境過(guò)濾作用，更充分說(shuō)明了依賴風(fēng)化基巖層（即表層巖溶帶）儲(chǔ)水尤其是穩(wěn)態(tài)庫(kù)水分，以及與其緊密協(xié)同的偏等水勢(shì)、高水分利用效率、處于演替后期等特征要素在植物抵御生長(zhǎng)季干旱、降低干旱致死風(fēng)險(xiǎn)中的關(guān)鍵作用。
研究結(jié)果以Water uptake depth is coordinated with leaf water potential, water use efficiency and drought vulnerability in karst vegetation為題，發(fā)表在植物學(xué)著名期刊New Phytologist上。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣西自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院西部青年學(xué)者和青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目的支持。
遮雨期間植物黎明前(a)及正午水勢(shì)(b)變化特征圖
遮雨干旱期間11種喀斯特木本植物的7個(gè)關(guān)鍵植物功能性狀之間的緊密耦合和共同變異特征