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荒漠植物白刺光合碳分配对模拟增雨的响应和适应

10、干旱区环境与风沙科学 > 专题4：干旱区生态、水文前沿

植物光合碳在植物组织、土壤和呼吸损失的分配是陆地生态系统碳循环的关键过程，对于深入理解全球碳循环具有重要意义。据IPCC预测，未来干旱区降水有增加的趋势。水分是荒漠生态系统过程最重要的限制因子。未来降水量及降水格局的改变必然对荒漠生态系统过程产生重要影响。本研究基于2012年建设于乌兰布和沙漠东缘的白刺荒漠生态系统人工模拟增雨平台，设置对照（自然降雨）、生长季前期增雨（5.25~7.15，增雨量为当地年均降水量，145mm）和生长季后期增雨（7.25~9.15，145mm）3种处理方式。于2015年7~8月采用13C稳定同位素标记技术，追踪荒漠植物白刺光合碳在茎、叶、根、土壤和呼吸损失中的分配动态，揭示未来降水增加和降水格局改变条件下，白刺光合碳在“大气-植物-土壤”连续体中的分配格局。研究结果表明：增雨处理显著改变了荒漠植物白刺光合碳的分配格局，1）叶片光合的碳在标记后18h内被输送至根系，输送比例在对照、前期增雨和后期增雨样地分别为2.8%、9.5%和1.0%；2）标记后第32天，白刺叶片光合碳向叶、茎、果、根、土壤5个碳库的分配比例在对照样地分别为23.8%、34.9%、27.2%、11.2%、0.3%，在前期增雨样地分别为27.7%、22.4%、37.4%、8.8%、0.5%，在后期增雨样地分别为30.2%、17.7%、46.8%、3.0%和0.2%；通过叶片暗呼吸损失的比例在对照、前期增雨和后期增雨样地分别为1.3%、1.9%和0.8%，通过土壤呼吸损失的比例分别为1.2%、1.2%和1.3%；3）与对照相比，前期和晚期增雨处理均增大了白刺光合碳向果实的分配比例，且晚期增雨处理增加程度显著高于早期增雨处理；其中，早期增雨处理白刺通过减少向茎、土壤的分配比例来增加其向果实的分配，而晚期处理通过减少向茎、根的分配比例来增大其向果实的分配。本研究结果意味着荒漠生态系统光合产物分配主要集中在地上部分，地下碳库所占比例不足12%。未来降水增加和降水格局的改变可能会对白刺生长产生不利影响，因此，白刺通过损失一部分茎和地下碳库的碳分配比例换取繁殖器官的优先分配权。