全球氣候變暖改變了沙漠植物的生存方式

PNAS | 橫跨39年的實驗發現全球氣候變化顯著提高了沙漠灌木的水分利用率

沙漠和半沙漠生態系統覆蓋了全球陸地面積的一大部分，並且該比例預計會隨著全球溫度的增加和降雨模式的改變而變大。在這種背景下，瞭解沙漠植被對氣候變化的響應對未來土地管理、物種丰度、生物多樣性以及碳儲存有重要啟示作用。在森林生態系統中，通常使用樹木年輪的13C同位素比率表徵氣體交換模式的變化，並被用來研究樹木響應環境變化的水分利用特徵。有趣的是，樹木年輪中的長期研究結果表明，潛在水分利用效率（intrinsic water-use efficiency，iWUE，定義為氣孔導度與光合速率的比值）隨著乾旱程度和CO2濃度的增加而增加【1，2】。然而，沙漠生態系統中的多年生植被是以多莖幹生長形式的灌木叢而不是單一主幹的樹木，這限制了對沙漠植物應對氣候變化（尤其是CO2和乾旱）的響應研究。

近日，美國University of Utah的研究人員透過對美國西南部偏遠沙漠中的兩個長期研究站點中的特定灌木（

Encelia farinosa

）進行了39年的試驗，發現沙漠灌木表現出對全球溫度升高和乾旱的適應能力，這項研究近日以

Multidecadal records of intrinsic water-use efficiency in the desert shrub Encelia farinosa reveal strong responses to climate change

為題線上發表在

PNAS

上。

該研究表明，兩個長期定位試驗點的氣候均隨著時間的推移逐漸改變，包括年平均氣溫的升高、日平均最高VPD（空氣的飽和水汽壓差）增加以及年總降水量的減少。該研究進一步透過對39年研究期間收集的灌木樣品的δ13C丰度進行了測定並計算了ci /ca（比細胞間隙CO2濃度與大氣CO2濃度的比）以及iWUE。該研究表明，隨著時間的持續（CO2濃度增加以及乾旱加劇），測試灌木的水分利用效率提高了53-58％但是ci /ca減少，表明植物葉片針對環境變化的的生理響應。進一步的分析發現，CO2濃度變化對iWUE的影響高於對ci /ca比的影響，並且VPD和CO2濃度均對iWUE的增加有極大作用，該研究還表明，儘管與環境相關的其他變數或種群特徵也會影響iWUE，但是CO2與VPD是導致iWUE變異的主要因子。

Effects plots showing the relative impact of VPD （A and C） and CO2 concentration （B and D） on the population mean ci/ca ratio （A and B） and iWUE （C and D） of E。 farinosa leaves

總之，該研究表明隨著全球氣候變化的加劇，沙漠灌木的水分利用效率逐漸增加，這可能源於植物對氣體交換動力學的調整以最佳化碳水平衡。該研究填補了對沙漠灌木水分利用特性認識上的空白。

參考文獻

【1】M。 Lévesque， R。 Siegwolf， M。 Saurer， B。 Eilmann， A。 Rigling， Increased water-use efficiency does not lead to enhanced tree growth under xeric and mesic conditions。 New Phytol。 203， 9 4–109 （2014）。

【2】L。 C。 R。 Silva， M。 Anand， Probing for the influence of atmospheric CO2and climate change on forest ecosystems across biomes。 Glob。 Ecol。 Biogeogr。 22， 8 3–92 （2013）。

原文連結：

https://www.pnas.org/content/early/2020/07/21/2008345117