不同林龄小叶锦鸡儿水分利用策略与生理生态适应机制研究

《Scientific Reports》：Water use and physiological ecological adaptation strategies of Caragana microphylla of different forest ages in hunshandake sandy

为应对干旱区荒漠化挑战，研究人员针对浑善达克沙地优势固沙灌木小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）开展不同林龄（3年生与8年生）植株的水分利用策略研究。通过氢氧稳定同位素技术揭示其水分来源特征，结合叶片δ13C值分析长期水分利用效率（WUE），并测定比叶面积（SLA）和叶片碳氮磷（C/N/P）等功能性状。结果表明：两个林龄植株主要利用0-20 cm表层土壤水，但8年生植株对50-100 cm深层水利用比例显著增加；长期WUE无显著差异，但8年生植株通过提高元素利用效率（C/N、C/P升高）实现资源高效利用。该研究为沙地植被恢复的龄级管理提供了理论依据。

　　

在广袤的浑善达克沙地上，肆虐的风沙始终威胁着我国北方生态安全。在这片贫瘠的土地上，小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）作为关键固沙灌木，以其卓越的抗旱特性构筑起绿色屏障。然而随着种植年限延长，成熟灌丛的稳定性下降问题逐渐凸显——深层土壤干化、自然更新受阻等生态隐患悄然浮现。要破解这一难题，亟需深入理解不同生长阶段植株如何调整其水分利用策略和生理生态适应机制。

研究团队选取3年生和8年生小叶锦鸡儿为研究对象，通过多技术联用揭示了其龄级适应性规律。关键技术包括：利用氢氧稳定同位素（δD和δ¹⁸O）示踪技术定量解析植株水分来源；采用叶片δ¹³C值作为长期水分利用效率（WUE）指标；系统测定比叶面积（SLA）和叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）含量等功能性状参数。所有样本均来自浑善达克沙地典型样区，每个龄级选取10株健康植株进行对比分析。

水分利用策略研究显示，虽然两个林龄植株在生长季中期均主要依赖0-20 cm表层土壤水，但8年生植株对50-100 cm深层水的利用比例显著高于3年生植株（图2）。这种垂直分层用水模式与根系发育规律高度吻合——成熟植株通过深扎的根系获取更稳定的深层水源，而幼龄植株则优先利用易吸收的表层水。值得注意的是，基于δ¹³C值的长期水分利用效率分析表明，两个林龄组间未出现显著差异（图3），暗示尽管取水策略不同，但植株通过内在调节实现了碳-水平衡的趋同优化。

叶片功能性状测定结果揭示了资源利用策略的龄级转变。8年生植株叶片氮、磷含量显著降低，而C/N、C/P和N/P比值明显升高（图4），表明成熟植株通过提高元素利用效率来维持生长需求。特别值得注意的是，叶片δ¹³C值与叶片碳含量、C/N、C/P呈显著正相关，与SLA呈负相关（图5），这种协同变化规律印证了水分-养分利用效率的同步适应机制。

综合研究结论表明，小叶锦鸡儿通过动态调整生理策略实现龄级适应：3年生植株采用资源获取型策略，依靠高养分含量叶片和表层水高效利用促进快速生长；8年生植株则转向保守型策略，通过深根取水、提高养分利用效率和降低比叶面积来增强抗逆性。这种从"开源"到"节流"的战略转变，体现了植物在干旱环境下的生存智慧。研究成果发表于《Scientific Reports》，不仅阐明了固沙灌木的生态适应机制，更为指导沙地植被的龄级配置和可持续管理提供了科学依据，对推进干旱区生态恢复实践具有重要指导意义。