CO2浓度升高对水分胁迫下两种近缘松树幼苗生理性能相对表现的影响研究

为探究大气CO2浓度([CO2])升高如何影响干旱胁迫下近缘松树的竞争关系，西班牙ICIFOR-INIA-CSIC团队通过控制实验比较了地中海松树Pinus pinaster和P. pinea幼苗在380ppm与800ppm [CO2]及不同水分处理下的生理响应。研究发现高[CO2]虽提升两物种生物量和水利用效率(WUEi)，但未改变P. pinea在干旱下的竞争优势，为预测气候变化下的森林演替提供关键证据。

　　

气候变化正对全球森林生态系统构成严峻挑战，其中大气CO₂浓度持续升高与干旱事件频发成为最突出的环境压力。在地中海地区，这两种环境因子的交互作用可能重塑树种分布格局，但学界对CO₂升高能否缓解干旱胁迫、进而改变近缘树种的竞争关系仍存在争议。西班牙ICIFOR-INIA-CSIC研究所的Macarena Férriz团队通过精细控制的幼苗实验，揭示了两种生态位相近但耐旱性差异显著的松树——耐旱性较弱的Pinus pinaster与较强的P. pinea——对未来气候情景的响应机制，相关成果发表在《European Journal of Forest Research》。

研究采用双因素实验设计（380ppm vs 800ppm [CO₂] × 充分供水vs水分胁迫），通过161天的培养监测了生物量分配、净光合速率(A_n)、气孔导度(g_wv)及叶片/植株水平水利用效率(WUEi/WUE)等关键指标。技术方法上，团队运用Li-6400光合仪测定气体交换参数，压力室测量水势(ψ)，稳定同位素质谱分析δ¹³C值，并结合周期性生物量 harvest 建立全生长周期数据库。

【水分关系与碳分配】水分胁迫使两物种黎明前水势(ψ_predawn)和午间水势(ψ_midday)显著降低，其中P. pinea表现出更低的ψ值但维持相似气孔调控能力，证实其"水分消耗型"策略。高[CO₂]使P. pinaster水分胁迫下的ψ_predawn进一步降低，但未改变物种间相对表现。生物量分配方面，干旱促使两物种增加根系投资（根质量分数RMF提高），但P. pinaster的根冠比(SRR)降幅更大，反映其更强的等水调控特性。

【光合生理响应】800ppm [CO₂]使两物种A_n平均提升10%，g_wv降低20%，其中P. pinea在干旱下的A_n增幅更显著。值得注意的是，气体交换衍生的瞬时WUEi与δ¹³C反映的长期WUEi均显示：高[CO₂]使P. pinea的WUEi提升55%，但两者相关性较弱，暗示不同时间尺度水分利用策略的异质性。

【多尺度效率解耦】植株水平WUE与叶片WUEi呈现相反趋势：虽然高[CO₂]使两物种WUE提升35%，但干旱仅使P. pinaster的植株WUE在低[CO₂]下显著降低。这种"效率解耦"现象源于P. pinaster通过增加叶面积（形成更多短枝）补偿单位叶面积效率损失，而P. pinea则依赖较少但更高效的叶片。

这项研究通过多尺度生理指标的系统监测，首次证实CO₂施肥效应虽能缓解干旱对地中海松树的负面影响，但不会改变耐旱物种(P. pinea)的竞争优势。特别重要的是，研究揭示了叶片与植株水平水分利用响应的非同步性，这对准确预测未来森林碳-水耦合过程具有方法论意义。成果为理解气候变化下森林群落演替提供了关键实验证据，提示在干旱加剧的地中海地区，P. pinea可能逐步替代P. pinaster成为优势树种。该发现对制定适应性森林管理策略具有重要指导价值。