随着全球逐渐暖干化,林火不仅驱动着森林生态系统结构和功能的变化,同时也影响树木的生理和生长.林火导致的热损伤引发树木一系列复杂生理响应.揭示火后树木生理的响应机制,对于进一步理解树木碳水关系和火后恢复生长限制,以及提高火后树木死亡预测准确性具有重要指导意义.该文从林火对树木的作用途径和方式着手,基于不同形式林火(树冠火、地表火、地下火)对树木各部分(树冠、树干、根系)造成的损伤,综述了林火对树木生理的直接影响和间接影响,以及火后树木生理与非生物和生物因素的互作关系.热损伤诱导的形成层、韧皮部坏死和木质部水力失衡是火后树木生理的主要响应机制,二者导致的两个生理功能限制——"碳饥饿"和水力失效——严重影响树木的碳水关系,也决定了火后树木是恢复生长还是延迟死亡.火后树木生理机制还与干旱、昆虫攻击和微生物入侵等其他因素密切相关.该文强调了对林火强度的定量分析和对植物组织死亡阈值的准确判断的迫切性,同时提出了探究火后树木生理与功能性状和其他因素的互作关系的必要性.精确评估树木生理机制间关系对于深入理解林火如何影响树木功能完整性极为关键,有助于完善林火风险评估和树木死亡模型预测.在未来气候暖干化驱动的高频、高强度林火发生背景下,对树木生理响应的深刻认识对于更好地研究火后生态系统动态及其与气候因子的相互关系同样具有重要意义.

为探究气候变化背景下降雨减少对森林的影响,2013年在宝天曼锐齿栎天然次生林原位建立了3块降水减少(截雨)样地,研究降雨减少对锐齿栎水碳关系和生长的影响.结果表明:降雨减少后锐齿栎枝条水势显著低于对照,最低水势为(-1.36±0.11)MPa,但锐齿栎木质部栓塞88％的水势值为-3.19MPa,叶片气孔关闭时的水势值为-2.5MPa,故降雨减少在这一地区没有对锐齿栎水力结构造成严重的干扰.降雨减少后,锐齿栎的叶片、韧皮部和木质部的总非结构性碳浓度与对照没有显著差异.木质部导管密度和叶片气孔密度变大,而导管直径和气孔长度变小.在天气较为干旱时,降雨减少处理的锐齿栎气孔导度日变化呈“双峰”曲线,而在湿润天气时呈“单峰”曲线且中午峰值显著大于对照.降雨减少处理的锐齿栎木材密度、Huber值、比叶面积和胸径生长与对照没有显著差异.降雨减少后锐齿栎树木没有遭受水力失衡或碳饥饿的危害,生长也没有受到显著影响,但是水力输导系统发生了适应性调节.

为揭示伊犁河谷退化野果林中新疆野苹果植株个体的死亡机理,对比研究3种长势(Ⅰ级,20％枯枝率;Ⅱ级,40％ ～60％枯枝率;Ⅲ级,＞80％枯枝率)新疆野苹果茎的水力结构特征的差异以及水分运输有效性和安全性及其影响因素.结果 表明:随野果林退化程度的增加,3种长势的新疆野苹果茎的边材比导水率和叶比导水率呈下降趋势,但差异不显著;傍晚时的栓塞程度、栓塞脆弱性呈显著增加的趋势,其中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级长势个体的导水率损失50％时木质部水势分别为-1.87、-1.35和-0.53 MPa;黎明前和正午叶水势、水力安全边际均为Ⅰ级＞Ⅱ级＞Ⅲ级;与水力学相关的木质部解剖结构以及枝叶性状在3种长势个体之间存在显著差异.相关性分析表明,新疆野苹果茎木质部水分运输的有效性和安全性之间存在弱的权衡关系.新疆野苹果茎的水力结构变化伴随着新疆野果林的衰退过程.野果林的退化会加剧新疆野苹果木质部导管的栓塞化程度,降低其抵抗空穴化栓塞的能力,新疆野苹果面临水力失衡的威胁更大.

为了解杨树幼苗非结构性碳水化合物(NSC)在干旱胁迫过程中的变化规律及响应机制,通过自然干旱处理,分析随着干旱胁迫加剧叶片水势及不同器官(叶、茎和根)中NSC、可溶性糖和淀粉含量.结果表明:当土壤含水量从田间持水量的100％下降到84％时,叶片和根NSC和可溶性糖含量增加,叶片淀粉含量和水势及茎可溶性糖含量下降;当土壤含水量从田间持水量的84％下降到41％时,叶片和茎NSC含量减少,茎和根可溶性糖/淀粉上升,叶片凌晨水势升高,正午水势降低;当土壤含水量从田间持水量的41％下降到31％时,叶片NSC含量和水势、茎NSC含量及根可溶性糖含量增加,叶片和根淀粉含量降低;当土壤含水量从田间持水量的31％下降到20％时,叶片和茎NSC及淀粉含量降低,叶片可溶性糖含量及水势下降,根NSC含量增加;当土壤含水量从田间持水量的20％下降到16％时,叶片和茎NSC、可溶性糖和淀粉含量升高,根NSC含量和可溶性糖/淀粉及叶片水势降低.可见,杨树幼苗在自然干旱过程中,叶片碳储存下降,根系的碳分配及碳消耗增加;当水力失衡限制了碳运输和代谢时,幼苗可能发生根系碳饥饿而死亡.

银杏为重要的城市绿化树种,但在城市环境中常出现生长不良和受害的现象,作为行道树时该树种衰退死亡现象尤为多发,相关生理机制还有待深入研究.本研究选取生长在沈阳市区行道和公园两个不同生境的银杏,对其受胁迫伤害程度、水力功能性状及非结构性碳水化合物含量(NSC)等进行了对比分析.结果表明:行道银杏枝条及叶片相比公园中的银杏受害程度更严重,但两种生境下生长的银杏枝条都表现出较低的栓塞程度,且导水率脆弱性曲线无显著差异,平均P50均低于-2.8 MPa.行道银杏表现出比公园银杏显著降低的叶面积比导率、管胞直径、水力学直径、枝条可溶性糖和NSC含量等.水力失败不是行道银杏受害的直接原因,但该环境中生长的银杏枝条具有更小的管胞直径和较低的胡伯尔值,限制了整枝水平上的水分运输和光合碳同化能力.行道条件下银杏树为了应对更严重的干热等胁迫很可能需投入更多的NSC用于修复伤害,从而进一步导致该条件下枝条NSC含量降低,使得该条件下银杏树木碳失衡风险增加.在相同生境(街道或公园)下银杏的水力功能性状和NSC含量等表现出较大的样点间差异,反映出城市环境较大的异质性.