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全球环流模型和经验观测数据均表明降雨格局在未来将变得更加不均匀,如在世界很多地区呈现“干季更干、湿季更湿”的特点,这种变化势必对森林生态系统的结构和功能产生重要影响或改变。然而,到目前为止却很少开展降雨格局改变下森林生态系统的观测研究。 为了获得更好地机理性认识,在南亚热带的常绿阔叶次生林开展了为期两年的“降雨季节分配改变(Precipitation SeasonalDistribution Changes,PSDC)”试验。试验包括”于季更干、湿季更湿(DD)”、“干季更干、延长干季(ED)”和空白对照(AC)三种处理,其中DD是隔除干季(10-3月份)的穿透水模拟干旱,而ED则是在春季(4-5月份)隔除穿透水模拟春旱,在湿季加回大致等量的水分到同样的样方,以此达到模拟降雨季节分配极端化的目的。对两个共存树种火力楠和木荷的树木蒸腾、水分利用效率和叶片和木材养分含量以及形态参数进行了量化,以期解析响应降雨格局改变的生理学响应机制。 结果显示,两共存树种的整树单位边材面积的蒸腾量HS)和内在水分利用效率(WUEi)对降雨处理表现出一定的生理稳态现象,树木蒸腾对VPD和PAR的响应参数无论在干旱、春旱还是灌溉期均无明显的处理差异。与此相反的是,单位面积的叶片氮、磷含量呈现一定的波动,特别是N∶P有处理效应,说明在氮-和磷-双重限制的森林生态系统,降雨季节分配改变对养分的吸收利用产生了不利影响,从而可能影响到森林生态系统的生物地球化学循环过程。木材的化学计量特征相比于叶片呈现更大的保守型。在给定的叶片13C甄别率(≈ ci/ca,胞间二氧化碳与大气二氧化碳比值),木材13C甄别率没有表现出处理或物种方面的差异,说明树木自身的碳转移没有受到极端降雨的影响,部分解释了与“碳经济”相关的保守的化学计量特征。枝条AS∶AI与树木蒸腾对VPD的敏感性参数显著负相关,说明树木能够通过形态上的调整结合气孔控制达到水分利用的稳态性响应,从而保持最大的水分利用。 研究结果表明,在湿生环境中,两共存树种在养分获取、光资源利用和水分提升方面的稳态性反应和恢复力与“生态水文平衡假说”(Ecohydrological equilibrium theory)相一致。总而言之,火力楠在湿生或轻度水分胁迫下有更强的生长优势;木荷由于对地下水较多的利用以及更强的形态可塑性对未来降雨分配不均或干旱加剧的情形,如DD、ED处理更有竞争优势。此研究结果可用于量化湿润森林生态系统在极端降雨条件下的水量平衡或模型预测降雨季节分配改变下的水文后果。