西南喀斯特土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的影响机制取得进展

　　

近年来，岩石水在地球关键带发挥的作用受到越来越多的关注。西南喀斯特地区受地质背景的制约，成土速度慢，土壤浅薄且不连续。另一方面，喀斯特区岩石裂隙、管道充分发育，具有区别于非喀斯特地区的表层岩溶带，在水文调蓄等方面发挥着重要作用。团队前期主要基于氢氧稳定同位素，建立根区水分与降水的关系，解析水分来源。研究发现喀斯特土石混合生境植物多吸收浅层水源，而在基岩出露生境植物依赖深层水源缓解水分胁迫（Nie et al.,2019;Ding et al.,2021;Luo et al.,2021;2023）。但目前对不同生境土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用机制尚不清楚，没有从植物水分获取和耗散连续体的角度定量分析植物对不同生境及干旱的响应。细根和气孔是植物吸水和蒸腾的重要通道，其生理特性的变化对植物获取和耗散水分具有极强的敏感性。因此，基于根系分布和叶片水势等生理特性，判断多石少土环境下土壤和表层岩溶带对植物的作用，对全球气候变化背景下植被恢复的可持续性评价和生态水文功能评估具有重要意义。

近期，中国科学院亚热带农业生态研究所陈洪松团队在植物学期刊Plant Cell &Environment在线发表了题为Species-specific root distribution and leaf iso/anisohydric tendencies shape transpiration patterns across heterogeneous karst habitats的研究性论文，旨在通过植物生理特性揭示土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用机制。

该研究以喀斯特基岩出露生境（以下简称石生境）和临近土石混合生境（以下简称土生境）中共有典型代表性植物紫弹树（Celtis biondii）和粗糠柴（Mallotus philippensis）为研究对象，其中紫弹树为石生境优势种，粗糠柴为土生境优势种。研究发现，石生境中平均土壤厚度和含水量均低于土生境，土壤储水量仅约为土生境的70%。相应地，粗糠柴在石生境的蒸腾量也约为土生境的74%。但紫弹树相反，在石生境的蒸腾量是土生境的1.15倍。进一步研究发现，根系各参数与蒸腾量呈显著正相关关系。紫弹树根系穿插岩石的能力较强，细根紧贴岩壁，在石生境更加发达，其水分获取方式并不局限于土壤中，可通过细根直接吸收表层岩溶水。同时，紫弹树叶片具有较大的水力面积，呈非等水势行为，可支撑其气孔开放，便于获取水分。正因如此，在极端干旱时（2022年），表层岩溶水降低了干旱对紫弹树的影响，在石生境的蒸腾量较正常水文年仅下降11%（土生境降低25%）；而粗糠柴在两种生境均降低30%以上。

以上研究定量解析了低土壤储水环境下，喀斯特石生优势种能通过较强的根系穿插岩石能力和叶片非等水势行为，利用表层岩溶水来缓解土壤水分不足的影响。研究结果揭示了表层岩溶水对石生生境植物的重要作用，为深入理解喀斯特植物对干旱的响应机制提供了重要理论依据。在全球气候变化背景下，应当因地制宜的优化物种配置，促进植被的可持续性恢复。该研究得到了国家自然科学基金重点基金（41930866）、面上项目（31971438）和中国科学院青促会优秀会员（Y2022095）的资助。

论文链接

2021（正常水文年）和2022（极端干旱年）年粗糠柴与紫弹树在石生境（RD）和土生境（SD）蒸腾月变化

粗糠柴和紫弹树根系参数与蒸腾的相关关系

粗糠柴和紫弹树在石生境（RD）和土生境（SD）水力面积