破解荒漠植物长寿密码：白刺加水延寿

文／本刊记者 胡利娟

荒漠生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，降水稀少。而水分又是影响荒漠植物生长发育的主要限制因素。我国干旱、半干旱区面积占国土面积的42%，近几十年来降水呈增加趋势，且未来可能继续增加。那么，未来降水增加的可能情景将如何影响荒漠植物生长？

7月8日，记者从中国林业科学研究院荒漠化研究所获悉，来自该研究所的全球变化研究团队自2008年进行系统研究以白刺为建群种的荒漠生态系统对人工模拟增雨的响应和适应规律，研究结果显示，在2012年—2018年研究期内，人工模拟增雨处理（25%-100%）使春季物候（30%叶芽完成展叶）平均提前了1.29—3.00天，与此同时，却使秋季物候（80%叶片变黄）平均推后了1.18—11.82天。秋季物候的推迟直接导致白刺生长季长度平均被延长了2.11-13.68天。此举说明，在水分条件改善之后的“工作条件”下，能够有效促使白刺“加班加点”工作。

另外，人工模拟增雨条件下白刺秋季物候的推迟，一方面和水分较好时叶片内光合作用相关酶活性的提高有关，另一方面和水分条件好使白刺叶片叶绿素II降解速率变缓有关。春季物候的提前则和人工增雨对初春时期土壤水分的补充密不可分。

据了解，该研究团队于2008年在乌兰布和沙漠（磴口，年均降水145毫米）建立野外原位人工模拟增雨平台，共设置5个增雨梯度，即自然降雨的基础上分别增加当地年均降水量的0%（对照）、25%、50%、75%和100%。每种处理4个重复，共计20个样地。在生长季5-9月，每月人工增雨一次，增雨处理持续至今。

之前的研究结果表明人工模拟增雨处理后，白刺光合速率、自养呼吸速率明显提高，提高幅度随增雨量的增加而增加。如75%和100%增雨处理使白刺光合作用对高温的耐受性较对照（29.31°C）分别提高了2℃和6℃。

不仅如此，白刺外观如地上生物量和物候也发生了肉眼可见的变化。植物物候被认为是响应气候变化最灵敏的生物指示器。

为了弄清白刺物候对未来降水增加的响应和适应规律，研究团队从2012年开始，对白刺展叶（开始、30%叶芽完成展叶、50%叶芽完成、展叶结束）、开花（开始、30%花苞开花、50%花苞开花、结束）、结果（开始、30%成熟、50%成熟、80%成熟）、叶变色（80%叶片变黄）等物候事件的发生时间展开了系统而全面的监测。监测频率为每2天一次。

研究结果表明，在全球变暖大背景下，本研究区域研究期内（2012-2018）无论是对照样地还是增雨处理样地，几乎所有物候事件（展叶开始除外）均没有表现出提前或推后趋势，当地气温和降水也没有明显变暖或增加规律。所有物候事件的年际变化和气象因子（年均温和年降水，冬季平均温度、春季平均温度、夏季平均温度、秋季平均温度，冬季累积降水、春季累积降水、夏季累积降水、冬季累积降水）之间均没有显著相关性。因此，增雨平台不同增雨处理样地间白刺物候的变化主要由人工增雨量的不同引起。

此外，白刺春季物候与土壤含水量之间呈上开口二次函数关系，阈值出现在75%处理条件下。说明人工增雨使白刺春季物候的提前仅在一定的阈值范围内有效。即，随着人工增雨量增加，白刺会加班加点完成展叶工作，但超过某一阈值（本研究为108mm），白刺加班展叶的积极性就会下降。80%叶片变黄的时间与降水量之间也呈现出非线性相关关系，尚未观测到明显阈值。即，随着人工增雨量增加，白刺会拖延叶片变黄的时间，且尚未发现明显阈值。在长期的进化过程中，植物会权衡展叶早晚、叶变色早晚与植物光合产物运输、分配，养分吸收、运移之间的投入与产出比（经济学谱）。这种“利益”关系的权衡可能是导致白刺叶片展叶、叶变色变化时间与人工模拟增雨量之间呈非线性响应的根本原因之一，也是决定白刺是否加班，加班到何种程度的根本原因。

“本研究结果有助于准确、科学的预判未来全球条件下，干旱区植被碳收支、甚至其它相关生物地球化学循环过程的变化趋势。”研究团队相关负责人称，

未来降水增加条件下，白刺“加班加点工作”有利于白刺积累更多的光合产物，除生物量增加外，最直接的证据就是人工模拟增雨处理（25%-100%）使90%白刺当年生枝条停止生长的时间向后推迟了5.82-12.61天。

下一步，我们还将系统的分析人工模拟增雨如何影响白刺“成家立业”，即生殖物候，从物种延续的角度回答典型荒漠白刺物候对未来降水增加的响应和适应规律。