我国揭示不同群落C3和C4灌木水分利用的季节变化规律

　　干旱和半干旱生态系统中土壤水分的时空变异决定着植物的分布和群落结构。有关未来气候变化的诸多研究预测表明：全球多个地区极端干旱事件的频率和强度将会增加，区域降水模式也会发生变化。降水格局的改变将对荒漠生态系统群落演替、植被组成和生态系统功能产生深刻的影响。

图1. 2015年和2016年三个群落土壤水和地下水氢同位素（δD）和氧同位素（δ18O）之间的关系，以及全球大气降水线（GMWL，黑色虚线）、当地大气降水线（LMWL，蓝色虚线）和土壤水线（SWL，灰色虚线）

　　古尔班通古特沙漠是我国西北部重要的荒漠生态系统。C3和C4灌木是该荒漠生态系统的优势种和建群种。要应对环境水分的周期性变化，不同功能群植物进化出各自的水分利用策略，并且同种植物的水分利用模式也会随之而发生改变。

　　了解不同功能群共存灌木的水分利用特征和适应策略，不仅有助于从水分生态位角度揭示物种竞争和共存机制，也能够提升对生态系统结构和功能变化的预测能力，并做出积极的应对策略。

　　中国科学院新疆生态与地理研究所“千人计划”入选者马剑英团队通过野外试验，选取古尔班通古特沙漠南缘三个不同灌木群落的6种共存C3和C4灌木，根据土壤水、地下水和植物茎木质部水稳定氢氧同位素特征（图1），分析了6种共存灌木水分来源的季节动态和种间差异。研究结果显示，不同群落所有C3和C4灌木具有相似的水分利用季节变化规律，即春季土壤表层水分充足时，所有灌木对表层土壤水利用率相对增高（> 40 %），而夏季随着土壤表层水分含量的降低，转移利用更深层的水源（图2），表明沙漠灌木能够通过功能性调整根系分布来适应环境水分的周期性变化；群落中不同植物由于根系分布差异和地形差异利用不同的水源，说明沙漠共存灌木能够通过生态位分化来缓解对有限资源的竞争压力；同一群落的C3灌木柽柳和C4灌木梭梭具有相似的水源，但小枝水势差异却很大，说明两种灌木在同样土壤水分条件下根系功能相似，但有着不同的茎水力特性（不同气孔调控和不同水分利用效率等特征）。这种地上部分生理特征差异可能有利于缓解两种共存灌木对水分的竞争压力。

图2. 2015年和2016年三个群落C3和C4灌木对各潜在水源利用比例的季节变化。X轴字母代表各水源（S，M，D和G分别代表表层、中层、深层土壤水和地下水），竖线代表水源的变化范围。