横跨39年的实验发现全球气候变化显著提高了沙漠灌木的水分利用率

来源：BioArt植物

沙漠和半沙漠生态系统覆盖了全球陆地面积的一大部分，并且该比例预计会随着全球温度的增加和降雨模式的改变而变大。在这种背景下，了解沙漠植被对气候变化的响应对未来土地管理、物种丰度、生物多样性以及碳储存有重要启示作用。在森林生态系统中，通常使用树木年轮的13C同位素比率表征气体交换模式的变化，并被用来研究树木响应环境变化的水分利用特征。有趣的是，树木年轮中的长期研究结果表明，潜在水分利用效率（intrinsic water-use efficiency，iWUE，定义为气孔导度与光合速率的比值）随着干旱程度和CO2浓度的增加而增加【1,2】。然而，沙漠生态系统中的多年生植被是以多茎干生长形式的灌木丛而不是单一主干的树木，这限制了对沙漠植物应对气候变化（尤其是CO2和干旱）的响应研究。

近日，美国University of Utah的研究人员通过对美国西南部偏远沙漠中的两个长期研究站点中的特定灌木（Encelia farinosa）进行了39年的试验，发现沙漠灌木表现出对全球温度升高和干旱的适应能力，这项研究近日以Multidecadal records of intrinsic water-use efficiency in the desert shrub Encelia farinosa reveal strong responses to climate change为题在线发表在PNAS上。

该研究表明，两个长期定位试验点的气候均随着时间的推移逐渐改变，包括年平均气温的升高、日平均最高VPD（空气的饱和水汽压差）增加以及年总降水量的减少。该研究进一步通过对39年研究期间收集的灌木样品的δ13C丰度进行了测定并计算了ci /ca（比细胞间隙CO2浓度与大气CO2浓度的比）以及iWUE。该研究表明，随着时间的持续（CO2浓度增加以及干旱加剧），测试灌木的水分利用效率提高了53-58％但是ci /ca减少，表明植物叶片针对环境变化的的生理响应。进一步的分析发现，CO2浓度变化对iWUE的影响高于对ci /ca比的影响，并且VPD和CO2浓度均对iWUE的增加有极大作用，该研究还表明，尽管与环境相关的其他变量或种群特征也会影响iWUE，但是CO2与VPD是导致iWUE变异的主要因子。

总之，该研究表明随着全球气候变化的加剧，沙漠灌木的水分利用效率逐渐增加，这可能源于植物对气体交换动力学的调整以优化碳水平衡。该研究填补了对沙漠灌木水分利用特性认识上的空白。