解码环孔材与散孔材树木年内木质部解剖变异及水力效率-安全权衡机制

本研究针对温带森林中环孔材与散孔材树种木质部解剖特征的年内动态变化及其气候响应机制展开研究。通过量化四个生长阶段(P1-P4)的导管直径(Dh)、密度(VD)和理论水力传导率(Ks)，揭示了孔隙类型在调节导管大小-数量权衡中的关键作用，发现环孔材早期材贡献主要水力传导率而散孔材保持更均匀解剖特征的策略差异，为理解树木水力适应策略提供新见解。

　　

在温带森林生态系统中，树木的水力系统如同精密的生物工程网络，其木质部导管的结构特征直接决定了水分运输的效率与安全。然而，这个系统的构建并非一成不变——随着季节更替，树木会动态调整导管的大小和排列方式，形成早材与晚材的差异格局。这种被称为"效率-安全权衡"的现象，在环孔材树种（如蒙古栎）和散孔材树种（如白桦）中展现出截然不同的表现形式，但其内在调控机制和气候响应规律仍是未解之谜。

东北林业大学的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究，创新性地采用分段回归和移动窗口相关分析等方法，对四种温带树种（两种环孔材：水曲柳、蒙古栎；两种散孔材：紫椴、白桦）的年内木质部解剖动态进行系统研究。通过显微解剖学技术量化不同生长阶段(P1-P4)的导管特征，结合气候因子分析，揭示了孔隙类型在水力策略调控中的核心作用。

研究首先通过高分辨率显微成像获取了导管直径(Dh)、密度(VD)、导管分数(VF)等关键参数，计算理论水力传导率(K_s)。采用分段回归识别水力阈值，通过移动窗口相关分析气候因子（温度、降水、蒸汽压亏缺VPD）的影响时序。样本来自中国东北典型温带森林，确保环境梯度的一致性。

Intra-annual dynamics of xylem anatomical traits across growth stages

研究发现环孔材物种早材导管直径(Dh)比晚材大3-5倍，贡献了85%以上的水力传导率(K_s)，而散孔材的Dh下降梯度平缓（降幅<30%）。早材-晚材分化指数显示：环孔材分化指数达0.7以上，散孔材则低于0.3。

The responses of xylem anatomy to climate variables

移动相关分析揭示降水对早材Dh有显著正效应（r=0.52,p<0.05），而高VPD抑制导管扩张（r=-0.48）。温度对散孔材T.amurensis的P2阶段VD有独特促进作用（r=0.61,p<0.01）。

Ks-driven vessel density adjustment differs by porosity type

分段回归发现所有物种在K_s<2.5 kg m^-1 s^-1 MPa^-1时VD随K_s增加而降低；超过该阈值后，散孔材继续增加VD（斜率+0.18），环孔材则转为平缓下降（斜率-0.07）。

Conclusion

该研究首次系统阐明了孔隙类型在木质部年内动态调控中的"分流器"作用：环孔材通过"前期高投入-后期保守"的极化策略实现效率-安全权衡，其早材发育强烈依赖降水信号；散孔材则采用"均匀分配-动态微调"策略，更依赖温度调控VD补偿Dh限制。这一发现为预测气候变化下树种分布格局演变提供了理论框架——在降水变率增大的地区，环孔材可能因早材发育受阻而处于竞争劣势。研究建立的"水力阈值响应模型"为树木年轮水力学研究提供了新范式，相关成果对人工林树种配置和森林恢复实践具有重要指导价值。