旱区灌木衰退死亡生理机制研究获新进展

作者：沙坡头站  更新时间：2025-10-13

水分传输是植物在土壤‑植物‑大气连续体（SPAC）中维持生命活动的基础过程。水分可在植物体内自根系向叶片运输形成一个连续的水柱，维持这一水力系统的完整性对于维管植物在干旱环境下的存活尤为关键。水力失败(hydraulic failure)与碳饥饿(carbon starvation)是干旱导致植物死亡的两个重要生理机制假说。围绕该假说已在林木中开展了大量实验研究，大量研究认为与生长相关的水力限制可能通过抑制气孔导度与光合作用，进而影响植物的碳分配策略，但是，关于水力—碳经济耦合限制如何导致植物衰退与死亡的潜在机制仍存在许多不确定性，且以干旱沙区固沙灌木为对象的相关研究十分有限，以致很难理论解释固沙植被群落发生演变的内在机制。

沙坡头李新荣课题组在腾格里沙漠人工固沙植被区通过观测2种优势灌木的枯枝率、径向生长、水力性状、碳同化和非结构性碳水化合物储存(NSC)，系统地研究了植物体型随年龄增长过程中水分传输特性及水力策略的演变规律，分析了这些变化对碳收入与非结构性碳水化合物储存的影响，揭示了干旱区固沙植物衰退死亡的潜在生理机制。研究发现固沙灌木随年龄增加，生长变慢，死亡率上升，其水力传输效率和碳同化均随植株个体增大而下降，而NSC含量保持不变，且2种灌木在气孔行为方面存在显著差异。发现水力及相关的碳同化限制是导致干旱区固沙灌木衰退或死亡的关键机制，而非NSC消耗。

该结论在理论上提出了固沙灌木抗逆性机制及其环境适应的新认知，在实践在为防风固沙灌木植被重建和可持续管理提供了科学依据。

以上成果以Size-related decline in dryland shrubs is related to reductions in hydraulic efficiency and carbon assimilation and not nonstructural carbohydrate depletion为题发表于国际植物学研究期刊New Phytologist。张红霞副研究员为论文第一作者，李新荣研究员为通讯作者，美国太平洋西北国家实验室的Nate G. McDowell和美国荒漠植物园的Kevin R. Hultine参加了部分研究工作。该研究得到国家自然科学基金的资助。

论文链接：http://doi.org/10.1111/nph.70615

个体大小相关的干旱区灌木衰退死亡的理论框架

撰稿人： 张红霞   发稿人：高艳红