喀斯特地區(qū)土層淺薄且極不連續(xù)，下伏的表層巖溶帶裂隙管道發(fā)育，這不僅使得喀斯特生態(tài)水文過程和植物水分環(huán)境明顯區(qū)別于絕大多數(shù)非喀斯特地區(qū)，生態(tài)環(huán)境亦更為脆弱。西南喀斯特地區(qū)系全球三大喀斯特集中分布區(qū)之一，由于歷史上不合理的人類活動和“十一五”以來大規(guī)模的生態(tài)保護與建設(shè)，幾十年間，該區(qū)植被整體上經(jīng)歷了由破壞到恢復(fù)的變化過程，曾經(jīng)以石漠化為主要特征的西南喀斯特山區(qū)植被覆蓋度明顯提升。但由于該區(qū)特殊的地質(zhì)條件，地表水滲漏嚴重、水文過程迅速等導(dǎo)致降雨后只能維持數(shù)日的濕潤環(huán)境，巖溶干旱頻發(fā)，嚴重影響植物的生長和分布。同時，全球變化尤其是降水格局變化背景下，西南喀斯特地區(qū)不僅年均降水量呈下降趨勢，極端氣候事件（如降水和干旱）出現(xiàn)的頻率亦明顯升高，且這種變化的空間異質(zhì)性正逐漸降低，致使該區(qū)植物承受雙重的水分脅迫。然而，目前已有研究對喀斯特典型生境植物如何響應(yīng)水分條件變化仍缺乏深刻認識，極大地限制了對已恢復(fù)植被群落穩(wěn)定性評估與動態(tài)預(yù)測。
近期，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士生丁亞麗在陳洪松研究員和聶云鵬副研究員的指導(dǎo)下，基于環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站的野外原位控制試驗平臺，聚焦經(jīng)歷持續(xù)135天（7-11月）的遮雨處理樣地（大塊孤立出露基巖），以無處理樣地為對照，利用碳氫氧穩(wěn)定同位素技術(shù)，結(jié)合植物生理生態(tài)學(xué)研究方法，跟蹤監(jiān)測分析了喀斯特典型石生環(huán)境不同生活型11種木本植物對生長季干旱的響應(yīng)特征。研究發(fā)現(xiàn)，在無連續(xù)土層分布但風(fēng)化基巖層裂隙管道較為發(fā)育的石生環(huán)境中，植物的用水策略差異不完全取決于常綠落葉等生活型特征。另外，接收自然降雨的不同生活型植物種在生長季期間各項理化指標變異程度較?。欢珊堤幚順拥仉S著遮雨天數(shù)的增加，生境內(nèi)可利用水分急劇減少，目標物種呈現(xiàn)出明顯的兩類響應(yīng)特征。（1）遮雨條件下始終以淺層土壤或風(fēng)化基巖層中物理深度相對較淺、頻繁被雨水補給、氫氧同位素值波動大且易受蒸發(fā)影響的“水庫”（即動態(tài)庫）為主要水源的物種，由葉片黎明前水勢反映的根區(qū)水分環(huán)境持續(xù)降低，且據(jù)正午水勢的變異系數(shù)、線性混合模型、植物Hydroscape面積等多種定量方法計算結(jié)果均顯示該類植物的非等水勢程度較高，且物種固有水分利用效率較低、胸徑普遍較小，干旱致死率較高。（2）遮雨期間能夠以物理深度較深、僅能被較大降雨直接補給、基本不受蒸發(fā)影響且同位素值相對穩(wěn)定的“水庫”（即穩(wěn)態(tài)庫）為主要水源的物種，黎明前和正午水勢均相對穩(wěn)定，屬于偏等水勢類型植物，該部分物種固有水分利用效率高，且植物個體普遍較大，遮雨試驗期間未出現(xiàn)干旱致死。
本研究揭示的由水分來源深度（即根系深度）牽引的植物響應(yīng)干旱的兩類收斂性特征，不僅反映了喀斯特巖土環(huán)境在適生物種自然篩選方面強烈的生境過濾作用，更充分說明了依賴風(fēng)化基巖層（即表層巖溶帶）儲水尤其是穩(wěn)態(tài)庫水分，以及與其緊密協(xié)同的偏等水勢、高水分利用效率、處于演替后期等特征要素在植物抵御生長季干旱、降低干旱致死風(fēng)險中的關(guān)鍵作用。
研究結(jié)果以Water uptake depth is coordinated with leaf water potential, water use efficiency and drought vulnerability in karst vegetation為題，發(fā)表在植物學(xué)著名期刊New Phytologist上。研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣西自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院西部青年學(xué)者和青年創(chuàng)新促進會項目的支持。
遮雨期間植物黎明前(a)及正午水勢(b)變化特征圖
遮雨干旱期間11種喀斯特木本植物的7個關(guān)鍵植物功能性狀之間的緊密耦合和共同變異特征