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植物所研究人员揭示树木冠层构型的空间变异性及其对气候条件的适应机制

  树木冠层构型是枝干在空间上的分配方式,其与叶片和主干性状共同定义了一棵树的空间表现形式和特点。冠层构型可以调节树木冠层对光的截留并最终影响树木的碳水循环过程,其时空变异性反映了树木生长过程中的竞争机制以及对气候条件变化的防御机制。因此,深入探讨冠层构型的时空变异性及其影响因素是进一步理解树木生长在全球气候变化背景下的生态生理响应的重要前提。目前,依托于全球植物性状数据库的建立和完善,对于树木主干和叶片性状空间分布及其对气候条件响应的研究相对较多;而受限于观测手段,对树木冠层构型空间变异性及其影响因素的研究还停留在理论假设阶段,亟需进一步探讨。 

  中科院植物所郭庆华研究组以蒙古栎为例,利用地基激光雷达技术定量化地探讨了我国北方树木冠层构型的的空间异质性、与主干和叶片性状的耦合机制及对气候条件的适应机制。研究结果表明,蒙古栎的冠层构型性状受降雨和气温的共同影响并表现出了显著的空间变异性差异,且与叶片性状间表现出了极强的耦合效应。这一现象反映出冠层构型在主干和叶片之间起到了一个桥梁的作用来平衡蒙古栎对光、水资源的需求。在相对湿冷的环境里,蒙古栎更倾向于树状生长,会加快纵向生长并增大树冠比例来竞争光资源;而在相对干热的环境里,蒙古栎更倾向于灌木状生长,通过控制生长高度并形成多层自阴效果来减少水分丢失。据预测我国北方干旱半干旱区气候将趋于干热化,蒙古栎将逐渐从树状灌木状过渡。在现有的植被动态模型中这一现象并没有被考虑,将会极大影响现有的我国北方碳循环模型模拟的结果。文章在审稿过程中受到了期刊主编和审稿人的高度评价,认为该研究很好地填补了现有研究的空白,对理解树木冠层构型和环境因子与功能性状之间的关系带来了全新的视角。 

  该研究成果于2020213日在线发表于国际学术期刊Journal of Geophysical Research: Biogeosciences。郭庆华研究组苏艳军副研究员为文章第一作者,郭庆华研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院前沿科学重点研究项目、国家自然科学基金委面上项目等项目的资助。 

  文章链接:https://doi.org/10.1029/2019JG005306 

  (植被生态实验室供稿) 

   

  不同环境条件下蒙古栎冠层构型的空间异质性示意图 

  a, 研究样地分布图;b, 不同蒙古栎栖息地的照片示意图;c, 不同研究样地蒙古栎点云数据示意图。图中的“N”“E”“C”“S”分别代表不同的蒙古栎遗传组别。 


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