破解荒漠植物長壽密碼：白刺加水延壽

文／本刊記者 胡利娟

荒漠生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，降水稀少。而水分又是影響荒漠植物生長發(fā)育的主要限制因素。我國干旱、半干旱區(qū)面積占國土面積的42%，近幾十年來降水呈增加趨勢，且未來可能繼續(xù)增加。那么，未來降水增加的可能情景將如何影響荒漠植物生長？

7月8日，記者從中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所獲悉，來自該研究所的全球變化研究團隊自2008年進行系統(tǒng)研究以白刺為建群種的荒漠生態(tài)系統(tǒng)對人工模擬增雨的響應(yīng)和適應(yīng)規(guī)律，研究結(jié)果顯示，在2012年—2018年研究期內(nèi)，人工模擬增雨處理（25%-100%）使春季物候（30%葉芽完成展葉）平均提前了1.29—3.00天，與此同時，卻使秋季物候（80%葉片變黃）平均推后了1.18—11.82天。秋季物候的推遲直接導(dǎo)致白刺生長季長度平均被延長了2.11-13.68天。此舉說明，在水分條件改善之后的“工作條件”下，能夠有效促使白刺“加班加點”工作。

另外，人工模擬增雨條件下白刺秋季物候的推遲，一方面和水分較好時葉片內(nèi)光合作用相關(guān)酶活性的提高有關(guān)，另一方面和水分條件好使白刺葉片葉綠素II降解速率變緩有關(guān)。春季物候的提前則和人工增雨對初春時期土壤水分的補充密不可分。

據(jù)了解，該研究團隊于2008年在烏蘭布和沙漠（磴口，年均降水145毫米）建立野外原位人工模擬增雨平臺，共設(shè)置5個增雨梯度，即自然降雨的基礎(chǔ)上分別增加當?shù)啬昃邓康?%（對照）、25%、50%、75%和100%。每種處理4個重復(fù)，共計20個樣地。在生長季5-9月，每月人工增雨一次，增雨處理持續(xù)至今。

之前的研究結(jié)果表明人工模擬增雨處理后，白刺光合速率、自養(yǎng)呼吸速率明顯提高，提高幅度隨增雨量的增加而增加。如75%和100%增雨處理使白刺光合作用對高溫的耐受性較對照（29.31°C）分別提高了2℃和6℃。

不僅如此，白刺外觀如地上生物量和物候也發(fā)生了肉眼可見的變化。植物物候被認為是響應(yīng)氣候變化最靈敏的生物指示器。

為了弄清白刺物候?qū)ξ磥斫邓黾拥捻憫?yīng)和適應(yīng)規(guī)律，研究團隊從2012年開始，對白刺展葉（開始、30%葉芽完成展葉、50%葉芽完成、展葉結(jié)束）、開花（開始、30%花苞開花、50%花苞開花、結(jié)束）、結(jié)果（開始、30%成熟、50%成熟、80%成熟）、葉變色（80%葉片變黃）等物候事件的發(fā)生時間展開了系統(tǒng)而全面的監(jiān)測。監(jiān)測頻率為每2天一次。

研究結(jié)果表明，在全球變暖大背景下，本研究區(qū)域研究期內(nèi)（2012-2018）無論是對照樣地還是增雨處理樣地，幾乎所有物候事件（展葉開始除外）均沒有表現(xiàn)出提前或推后趨勢，當?shù)貧鉁睾徒邓矝]有明顯變暖或增加規(guī)律。所有物候事件的年際變化和氣象因子（年均溫和年降水，冬季平均溫度、春季平均溫度、夏季平均溫度、秋季平均溫度，冬季累積降水、春季累積降水、夏季累積降水、冬季累積降水）之間均沒有顯著相關(guān)性。因此，增雨平臺不同增雨處理樣地間白刺物候的變化主要由人工增雨量的不同引起。

此外，白刺春季物候與土壤含水量之間呈上開口二次函數(shù)關(guān)系，閾值出現(xiàn)在75%處理條件下。說明人工增雨使白刺春季物候的提前僅在一定的閾值范圍內(nèi)有效。即，隨著人工增雨量增加，白刺會加班加點完成展葉工作，但超過某一閾值（本研究為108mm），白刺加班展葉的積極性就會下降。80%葉片變黃的時間與降水量之間也呈現(xiàn)出非線性相關(guān)關(guān)系，尚未觀測到明顯閾值。即，隨著人工增雨量增加，白刺會拖延葉片變黃的時間，且尚未發(fā)現(xiàn)明顯閾值。在長期的進化過程中，植物會權(quán)衡展葉早晚、葉變色早晚與植物光合產(chǎn)物運輸、分配，養(yǎng)分吸收、運移之間的投入與產(chǎn)出比（經(jīng)濟學(xué)譜）。這種“利益”關(guān)系的權(quán)衡可能是導(dǎo)致白刺葉片展葉、葉變色變化時間與人工模擬增雨量之間呈非線性響應(yīng)的根本原因之一，也是決定白刺是否加班，加班到何種程度的根本原因。

“本研究結(jié)果有助于準確、科學(xué)的預(yù)判未來全球條件下，干旱區(qū)植被碳收支、甚至其它相關(guān)生物地球化學(xué)循環(huán)過程的變化趨勢?！毖芯繄F隊相關(guān)負責(zé)人稱，

未來降水增加條件下，白刺“加班加點工作”有利于白刺積累更多的光合產(chǎn)物，除生物量增加外，最直接的證據(jù)就是人工模擬增雨處理（25%-100%）使90%白刺當年生枝條停止生長的時間向后推遲了5.82-12.61天。

下一步，我們還將系統(tǒng)的分析人工模擬增雨如何影響白刺“成家立業(yè)”，即生殖物候，從物種延續(xù)的角度回答典型荒漠白刺物候?qū)ξ磥斫邓黾拥捻憫?yīng)和適應(yīng)規(guī)律。