瑞士联邦森林、雪与景观研究所(WSL)与洛桑联邦理工学院(EPFL)研究团队在一项发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)的研究中指出,在模拟未来气候条件的实验里,升温本身并不一定构成幼树面临的最大压力;当高温与土壤干旱叠加时,叶片更容易出现不可逆损伤。

研究在WSL位于比尔门斯多夫(苏黎世州)的试验场进行。研究人员将幼年山毛榉与绒毛栎置于气候箱中培养超过5年,通过“微型温室”分别控制空气温度与土壤湿度,使树木经历不同组合的环境条件:仅干旱、仅升温(较当前高出5°C)、以及高温与干旱同时发生,以此模拟更热、更干燥的未来情景。

研究团队选择山毛榉与绒毛栎,原因在于两者对中欧森林生态系统及相关经济活动具有重要意义。EPFL-WSL植物生态研究实验室的植物生态生理学家Alyssa Therese Kullberg表示,绒毛栎主要分布在地中海地区但在瑞士亦有分布,研究希望对比其用水策略与山毛榉的差异;山毛榉在幼苗阶段对干旱更为敏感。

在高温条件下,树叶通常通过气孔释放水分以降低叶片温度,这一蒸腾过程类似人体出汗。研究人员通过测量叶片温度以及观察损伤导致的颜色变化,评估树木的热调节表现。实验显示,在直射阳光下叶片表面温度可达40–45°C,即便如此,叶片降温机制仍似乎能够发挥作用。Kullberg称,研究中可能观察到轻微“晒伤”,即对光合作用系统造成小范围损害,但通常为暂时性。

不过,当相同温度与干燥土壤同时出现时,水分不足会导致气孔关闭、蒸腾停止,叶片随之脱水并过热。研究显示,山毛榉叶片在这种情况下更易出现“灼伤”,表现为叶片组织出现棕色受损斑块。

相比之下,绒毛栎的表现不同。Kullberg表示,尽管绒毛栎叶片热安全裕度被超过的频率与山毛榉相当,但研究中很少观察到绒毛栎叶片出现灼伤。她指出,两种树种达到临界温度的次数相似,但绒毛栎似乎更能耐受相关条件,而研究中测量的机制尚不足以完全解释这一差异。
研究团队称,这项工作首次以实验数据表明,当树叶温度超过其热安全裕度、达到临界水平时,尤其在干旱条件下,会伴随以灼伤形式出现的永久性损害。
研究人员表示,相关树木将在既定实验条件下继续生长两年,以便在数据进一步积累后,评估经历过水分匮乏的个体是否会因适应而对高温与干旱更具抵抗力。研究同时指出,随着气候变化,热浪与干旱等极端事件共同发生的情况正变得更为频繁。
研究还提到,即便降水量保持稳定,更高气温也会增强蒸发的“拉力”,因为暖空气能够容纳更多水分,从而更快带走土壤水分并加速土壤干燥,给树木带来压力,山毛榉尤为明显。研究以瑞士2018年与2022年夏季干旱为例称,在干燥土壤上生长的许多山毛榉叶片当时出现了灼伤。
