研究记录了干旱对红杉林蕨类植物的影响

2020-09-11 290蕨类

研究记录了干旱对红杉林蕨类植物的影响。在沿海红杉林中形成茂盛的绿色下层植被的原生蕨类植物非常适应干燥的夏季和周期性的干旱,但是加州目前持续的干旱已经对它们造成了损失。一项对本地蕨类植物水分关系的全面研究,是在加州最近历史上最严重的干旱之一进行的,它表明极端的条件已经考验了这些植物的耐旱极限。

加州大学圣克鲁斯分校生态学和进化生物学副教授贾米拉·皮特曼说:“我们在一些地方看到了永久性的死亡。”

研究背景

皮特曼的实验室正在研究加州大学校园红杉林中的蕨类植物。在2013年和2014年的15个月里,研究人员在他们的研究地点对蕨类植物进行了密切监测,重点关注了红杉林下层林中的两个常见物种:西部剑尾草(Polystichum munitum)和沿海的木蕨(Dryopteris arguta)。

皮特曼说:“这些林下物种本身很重要,但也可以作为气候变化如何影响我们的红杉林的指标。”考虑到这些植物能够在典型的夏季干旱季节持续生长,这种枯死现象强调了过去三年这场干旱是多么的空前。”

研究记录了干旱对红杉林蕨类植物的影响

她的研究小组每10天在研究地点收集数据和样本,包括测量土壤湿度、叶片温度、植物的水合状态,以及水在叶片中流动的效率。他们还进行了温室实验和实验室测试。

发表在《新植物学家》上的研究结果表明,在旱季结束时,这些蕨类植物的复叶几乎完全丧失了输送水分的能力,但在一场大雨之后,它们可以在24小时内恢复。然而,尽管这种显著的生理弹性,长期干旱限制了植物的光合作用和储存能量的能力。春天,它们会因新叶的减少而变得更脆弱。

研究结果分析

蕨类植物和其他维管植物通过一种叫做木质部的管道系统将水分从根部输送到叶片。当植物开始经历水分胁迫时,它的第一反应是关闭叶子上的气孔。这减少了水分流失,但也阻止了光合作用所需的二氧化碳的吸收。在极端的水分胁迫下,植物的液压系统会随着木质部中气泡的形成而发生故障,从而导致“栓塞”阻碍水的运输。

皮特曼说:“我们发现,在2013年干旱最严重的时候,这些蕨类植物发生了广泛的栓塞,严重损害了木质部的导水能力。”

尽管许多植物很难从这种情况下恢复过来,但是当地的蕨类植物在大雨之后能够迅速恢复。皮特曼说,尽管如此,干旱期间长时间的水分胁迫大大降低了它们进行光合作用的能力,也许还降低了它们在地下根茎中产生和储存足够水平的糖和其他碳化合物的能力。

“这些植物没有积累足够的碳来支持春季的新生长,”她说这意味着它们可能无法产生足够的孢子来繁殖,而且它们可能更容易受到害虫的侵袭。”

Pittermann和其他人注意到蓟马(一种以植物汁液为食的微小昆虫)在干旱期间感染蕨类植物的情况有所增加。马林县的其他观察家报告说,在该地区的红杉林中,蓟马出没,蕨类植物死亡,包括著名的旅游景点,如穆尔森林。

研究意义

研究记录了干旱对红杉林蕨类植物的影响,这项新的研究在蕨类植物或林下植物中尚属首次,皮特曼已获得拯救红杉联盟的资助,以进行进一步的研究。她说,红杉林的蕨类植物可能是生态系统变化的一个重要指标,持续的干旱可能导致一种非常不同的下层植被类型,甚至可能威胁到红杉本身。”红杉不是根深的树,所以长期干旱最终也会影响到它们。

引用

University of California - Santa Cruz. "Study documents drought's impact on redwood forest ferns." ScienceDaily. ScienceDaily, 1 February 2016. www.sciencedaily.com/releases/2016/02/160201122830.htm.

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