发布时间：2022-09-04

喀斯特生态系统广泛分布在世界各地，而中国西南部是世界最大的喀斯特地区之一。喀斯特地区具有低的成土率，较浅的土壤层，土壤高渗透率以及水分短缺等特征，所以喀斯特地区的植物极其容易遭受干旱胁迫的影响。植物的水分利用效率（water use efficiency）反映了植物的用水策略，对植物的生存和繁殖非常的重要。它们的水分利用效率容易受到气孔导度，光合作用的影响，这些生理过程又跟植物的营养元素含量有着密切的关系。前人的研究发现植物水分利用效率与植物叶片的钾（K）元素含量有着密切的关系，因为叶片中的钾元素能够影响植物的气孔导度，而植物吸收的钾元素与钙镁元素有着显著的拮抗作用。喀斯特地区容易发生石漠化，其土壤中营养元素极易流失，并且土壤中富集钙（Ca）和镁（Mg）元素。因此，喀斯特土壤中高钙镁元素是否会对植物的水分利用效率产生影响值得探究。

针对上述问题，在国家自然科学基金重点国际合作和杰出青年科学基金项目的资助，中国地质大学（北京）科学研究院表生环境与水文地球化学实验室韩贵琳教授团队选取中国西南喀斯特地区中的草本植物和木本植物作为研究对象，利用叶片中的碳同位素来表征植物的水分利用效率，并测定了植物叶片中的N、P、K、Ca、Mg等元素含量来探究植物水分利用效率与营养元素的关系。该研究成果发表在国际SCI期刊《PeerJ》上。课题组博士研究生屈睿为第一作者，导师韩贵琳教授为通讯作者。

本研究发现喀斯特地区的草本植物生长受到N元素含量的限制，而木本植物受到磷元素或者氮磷元素的双重限制。草本植物的水分利用效率表现出与K:Ca含量有着显著相关性，而木本植物的水分利用效率表现出了与K:Mg含量有着显著相关性（图1）。这意味着草本植物和木本植物在受到喀斯特地区高钙镁胁迫下的响应机制不同，草本植物对钙元素更敏感，而木本植物则对镁元素更敏感。这些发现将喀斯特地区独特的生态系统中植物养分与水利用过程联系起来，进一步加深了喀斯特生态中养分-水循环系统的研究。

图1  植物水分利用效率与营养元素相关性图

文章链接：https://doi.org/10.7717/peerj.13925

论文信息：Qu Rui and Han Guilin. Effects of high Ca and Mg stress on plants water use efficiency in a Karst ecosystem. PeerJ, 2022, 10, e13925.