受副熱帶高壓的影響,全球的亞熱帶地區主要被沙漠所覆蓋。然而,中國南方亞熱帶地區卻發育著世界上面積最大的常綠闊葉林。作為亞熱帶常綠闊葉林的一個亞型,中山濕性常綠闊葉林主要分佈於海拔1800~3400米之間的中國西南山地,並孕育著極高的生物多樣性。來自太平洋的東南季風和來自印度洋的西南季風為中國西南山地帶來了豐沛的夏季降水,水分無疑是該地區常綠闊葉林及其生物多樣性形成和維持的關鍵因素。然而,人們對這些亞熱帶常綠闊葉林內植物的水分利用模式仍知之甚少。更為嚴峻的是,長期監測和氣候模型類比數據均表明中國西南地區降水近年來明顯減少,乾旱風險持續新增。為了更好地預測該地區亞熱帶常綠闊葉林對乾旱的響應,亟待開展亞熱帶常綠闊葉林共存植物水分利用模式相關的研究工作。
版納植物園恢復生態研究組與水文生態研究組合作,並聯合賽默飛世爾科技(中國)有限公司科研人員,研究了哀牢山中山濕性常綠闊葉林3種優勢喬木在不同年齡階段(大樹、中樹和幼苗)的水分利用模式及相關葉片性狀。結果表明:該地區霧、雨水、土壤水、河流、湖泊和地下水等水體的氫氧同位素組成(δ2H和δ18O)幾乎完全分佈在局地大氣降水線上(2018: y = 8.2x +11.5;2019: y = 8.1x +10.4),由此可見,該森林中的水體未經歷明顯的蒸發分餾過程。2018年(正常年份),相似年齡不同樹種的水源深度分化明顯,但在經歷了2019年春末夏春的乾旱後,它們都轉而從相似的土壤深度獲取水分。實驗期間,多數大樹(DBH > 50 cm)和中樹(15 cm < DBH < 30 cm)的主要水源由淺層土(2018年)轉向深層土(2019年),而幼苗(DBH < 2 cm)則依賴於淺層土壤水分。正常年份水分利用的時空分异有利於不同物種、不同年齡樹木的共存,但乾旱年份種間的水分競爭無疑將新增樹木的死亡風險。本研究從植物水分生態位分化角度為中國亞熱帶常綠闊葉林生物多樣性的維持提供了新的機制解釋。相關研究結果以“Spatial-temporal differentiations in water use of coexisting trees from a subtropical evergreen broadleaved forest in Southwest China”為題線上發表在林學期刊Agricultural and Forest Meteorology,2022,316:108862上。
此外,研究人員還以哀牢山中山濕性常綠闊葉林中常見的12種常見的附生植物為研究對象,研究了旱季不同類群附生植物(附生種子植物、附生蕨類、附生苔蘚和附生地衣)潜在水源的定量關係和水分利用效率(Intrinsic water use efficiency,WUEi)。結果表明:附生植物的水分來源存在顯著的類群間和種間差异,其中,霧水對附生地衣、附生苔蘚、附生蕨類和附生種子植物旱季水源的貢獻率分別為83.2%、32.7%、38.8%和63.7%。此外,附生植物的水分利用效率在類群和種間也存在顯著差异,這可能與其不同的水分獲取模式有關。本研究證實了霧水對維持附生植物水分平衡的重要性,並揭示了不同類群附生植物在水分利用策略上的分化。相關結果以“Dry-season fog water utilization by epiphytes in a subtropical montane cloud forest of Southwest China”為題,發表在期刊Water,2021,13: 3237上。
上述研究得到國家自然科學基金和雲南省基礎研究專項面上項目等聯合資助。誠摯地感謝雲南哀牢山森林生態系統國家野外科學觀測研究站和中國科學院西雙版納熱帶植物園公共技術中心為本研究提供樣地、數據測定及野外實驗的支持。
圖1.哀牢山中山濕性常綠闊葉林植被(宋亮攝)
圖2.哀牢山中山濕性常綠闊葉林內豐富的附生植物(宋亮攝)
圖3.哀牢山中山濕性常綠闊葉林優勢樹種水分利用模式主成分分析
圖4.旱季哀牢山中山濕性常綠闊葉林不同類群附生植物的潜在水源占比