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超声波揭开树木耐旱之谜

参考消息网5月3日报道 据美国《科学新闻》双周刊网站4月25日报道,树的组织中蕴含着抗旱之谜,但很难在成熟的森林中研究这些组织。毕竟,那些已经90岁高龄的大树无法前往实验室接受扫描。因此,大多数有关干旱对植物影响的研究都是在实验室和幼树上进行的,或者是在成熟的树木上挖掘一点样本。

奥地利因斯布鲁克大学生态学专家芭芭拉·贝克尔奇和同事们则与众不同:他们把实验室建在了森林里。

在德国慕尼黑郊外的森林,研究小组给已经成材的云杉和山毛榉装备了防水的超声波传感器。其中一些树木被遮盖,以挡住夏季的雨水,以此人工模拟干旱条件。

研究小组在去年12月出版的《植物生物学》月刊上发表了他们的研究报告。五年来的监测数据显示,山毛榉比云杉更能抵御干旱。对这些树木生长机制的深入研究解释了这种差异存在的原因。

与夏季尽情享用雨水的树木相比,受干旱影响的树木会发出更多超声信号。这些微弱的声波会导致树木脉络深处产生气泡栓子。水分靠表面张力在树木内部数以千计的微小脉络中运动,而树叶的蒸发作用会推动水分向树干上方运行。然而,一旦土壤中的水分不足,这种向上的拉力就会导致很多气泡产生,从而堵住水分运行的脉络。在实验中,云杉比山毛榉发出的超声波要多,这意味着它们的气泡栓子更多。

树木可以通过关闭树叶上的毛孔来防止气泡栓子的增多,但有得必有失。这样做会减少光合作用所需二氧化碳的供应,从而使树木生存和生长所需要的碳水化合物和糖分供应减少。但在干旱条件下,树木面临的抉择是“挨饿还是渴死”。

山毛榉内部的气泡栓子没有云杉那么多,尽管它们树叶上毛孔开放的时间比针叶树更长。贝克尔奇说,这或许是因为山毛榉的根基扎得更深,可以接触到更湿润的土壤或更充足水源。另一个旱情缓解实验也证明了同样的情况。

干旱实验结束后,研究人员把树木周围的泥土浇透。按普遍数据衡量,所有经历干旱的树木都已恢复良好:它们的光合作用水平也达到了对照组的水平,而且树木体内的气泡中也水分充盈。

但是,当研究人员用电阻方法对这些树木内部湿润度进行测量时发现,云杉的蓄水量仍然不足。一季的雨水不足以使这些树木完全恢复。研究人员目前还不清楚,在长期干旱之后,云杉能否将水分储备充分,也不知道储备充分所需要的时间。

由于未来气候变化会导致干旱更频繁和更严重,能够经受干旱考验并更快恢复水分储备的树种可能会在未来的森林中变得更加繁盛。这意味着,构成世界温带森林的树种组成可能会随气候变暖而发生变化,进而给这些生态系统中的其他动植物带来不确定的后果。

贝克尔奇计划再进行一项实验,测试树种多样化的森林是否更有助于像云杉这样干旱敏感型树种的生存。她认为,山毛榉与云杉交错生长可能对云杉有利,因为扎根较深的山毛榉可以提高上层土壤的湿度,从而把水引到云杉根部所在的地方。

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