喀斯特植物水分适应策略的岩土结构作用机制取得新进展
作者：环江站 更新时间：2026-04-24
在全球植被变绿持续加速的背景下，如何确保生态系统长期持续性与稳定性，成为陆地生态系统研究的关键。中国西南喀斯特地区，是全球植被恢复最活跃但地质背景最复杂的区域之一，植被的生存与生长不仅受气候条件控制，更受岩土结构的深刻影响。中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站陈洪松研究员团队前期研究发现，白云岩峰丛洼地小流域内不同生境、地形位置均显著影响植物蒸腾耗水及其环境敏感性（Liu et al., 2023, Science of the Total Environment; Liu et al., 2025, Plant, Cell & Environment），但岩土结构对物种共存及水分利用策略分化机制仍不清楚，植物地下地上水分利用性状响应关系尚不明确，限制了对复杂生境下植物水分适应策略的评估。
针对上述问题，研究团队以广西环江白云岩灌草丛群落典型灌木和草本为研究对象，结合电阻率层析成像、稳定同位素和根系功能性状分析，探讨了土壤—岩石结构驱动植物水分利用策略分化的物种共存机制。研究发现，白云岩浅薄的土壤和较大裂隙发育不足，导致植物根系分布较浅，集中分布于0-20cm深度范围内，但不同植物根系形态差异显著，通过差异化的根系空间布局及水分利用实现了共存。具体而言，灌木如黄荆和米念芭横向根系发达，且根系能分布于浅层土壤、岩土交界面和基岩裂隙中，而草本植物如类芦和铁芒萁则根系横向扩展有限，大部分集中于表层土壤。植物蒸腾获取的根区水分的滞留时间（蒸腾水龄）约为2天至63天，且根系分枝频率与平均蒸腾水龄呈显著正相关，表明较高的分枝频率利于细根进入具有不同水龄的生态位空间获取水分。这一发现揭示了受岩性控制的高异质生境中，植物通过“水文生态位的时空分化”实现共存。
然而，在物种共存的基础上，不同基岩类型下的植物是否采取一致的水分利用策略？研究团队进一步系统分析了石灰岩与白云岩共有的五种典型喀斯特恢复乔木的根系吸水来源、枝条水力特性和叶片碳氧获取能力相关指标。结果表明，石灰岩植物呈“获取型”策略，具有深层稳定的水源，可牺牲水力安全性以提升水力效率和叶片碳氧获取能力。白云岩植物呈“保守型”策略，根系受限于易波动的浅层水源，但其发育出较强的水力安全性和较低的碳氧获取能力以降低水力失衡风险。研究揭示了植物水分利用性状在“根—木质部—叶片”连续体中存在的系统性权衡关系。浅层水分依赖越强，植物的水力安全性越强，水分利用效率越高，但生长速率受限；而深层水分获取越多，植物的水力效率越高，气孔调节越宽松，但抗干旱风险的能力相应下降。这种地下与地上功能性状之间的协调与权衡，构成了喀斯特树种适应不同基岩环境的生理生态基础。
上述研究共同强调了地质结构在塑造植被水分适应策略中的核心作用，并为喀斯特地区的植被恢复与管理提供了重要的理论依据。论文成果分别以Subsurface structure‑induced water use strategies mediate shrub‑herb coexistence in soil‑limited hillslopes和Trade-offs between root water uptake and xylem-leaf water-use traits underpin contrasting plant adaptation strategies in limestone and dolomite habitats为题发表于经典植物学期刊Plant and Soil（2026, 519: 291-237）和Tree Physiology（2026, 46(3): tpag013）。第一作者分别为罗紫东副研究员和刘文娜助理研究员，陈洪松研究员为通讯作者。
米念芭（a、e）、黄荆（b、f）、类芦（c、g）和铁芒萁（d、h）在不同土壤深度（左列大于20厘米，右列小于10厘米）生境中的根系分布模式
(照片中的数值表示观测到的最大根系深度)
石灰岩与白云岩植物水分适应策略概念模型
（刘文娜 撰稿）
