巨树轻松将水抽至顶枝

背景

长期以来，科学界普遍认为树木越高，将水分从根部输送到叶片就越困难。这一传统理论指出，重力作用和导管的物理长度会限制水分运输、光合作用和生长，使高大树木更容易受到干旱的影响。然而，一项由埃克塞特大学和卡迪夫大学领导、发表在《Science》期刊上的新研究，对巨型龙脑香科（Dipterocarp）树木的水分运输机制提出了颠覆性见解。

核心内容

研究团队在马来西亚婆罗洲选取了高度从7米到71米不等的Dipterocarp树木作为样本。Dipterocarp是世界上最高的开花树木，主导着亚洲雨林生态系统。通过测量每棵树多个位置的各种性状，研究人员发现，更髙的树木通过多种方式完全补偿了高度带来的水分运输挑战：

• 导管形态适应：靠近地面的水分导管变得更宽，从而降低阻力；
• 叶片耐旱性增强：叶片演化出更强的抗旱能力，在萎蔫前能承受更大的水分胁迫；
• 生长速率监测：研究人员测量了2023-2024年强厄尔尼诺干旱期间及前后的树干生长速率，发现高大树木在干旱中的生长损失与矮小树木相比并无高度相关的差异。

埃克塞特大学的Lucy Rowland教授解释说：“树木含有大量细小的中空导管，通过顶端产生低气压将水向上抽吸。这些导管演化出了复杂的适应机制，即使在将水运送到80米以上树顶所需的极端低气压下，也能保持液态水。但以前的理论认为，在髙树中，导管的绝对长度和重力限制了水输送、光合作用和生长。我们的结果挑战了这一点——超髙Dipterocarp树木的水力系统已经完美地适应了它们的高度，在相同的干旱条件下，它们遭受的损害并不比矮小的Dipterocarp树木更大。”

卡迪夫大学的Paulo Bittencourt博士强调：“理解髙大树木至关重要，因为森林中最高的1%的树木储存了超过一半的地上碳。这些树木稀有且重要，而现有预测认为它们较弱的水力系统使它们在干旱中死亡风险更高。这种预测已被纳入某些气候变化影响模型中，我们的研究表明这种预测可能不正确。”

共同作者、在捷克生命科学大学攻读博士学位的马来西亚研究者Palasiah Jotan指出：“Dipterocarp树主导着马来西亚婆罗洲的雨林，是该地区生态和生物多样性的核心。作为一名参与本研究的马来西亚研究者，证明即使是这些树木中最高的个体，其水力系统也能抵御干旱，这一发现有望在气候变化背景下加强保护这些森林的理由。”

研究团队还包括马来西亚沙巴林业部、英国生态与水文中心、阿伯丁大学以及来自捷克、德国、西班牙、巴西和美国的机构。研究由自然环境研究委员会（Natural Environment Research Council）资助。论文标题为《Height does not impair the hydraulic system of the tallest tropical Dipterocarp trees》。

关键要点

• 传统理论被推翻：高度并不会使巨型树木的水力系统在干旱中变得更脆弱。
• 补偿机制：髙大树通过基部导管加宽、叶片增强耐旱性等适应性调整，完全补偿了高度带来的水分运输困难。
• 干旱测试验证：在2023-2024年强厄尔尼诺干旱期间，高大树木的生长速率与矮小树木相比无显著高度相关损失。
• 气候模型需修正：部分气候变化影响模型假设大型树木因水力系统薄弱而在干旱中更容易死亡，新研究发现这一前提可能错误。
• 保护意义：研究对热带森林保护政策有直接影响，尤其针对最高大的树木——它们储存了森林中超过一半的地上碳。

意义与影响

这项研究对全球气候变化背景下的森林管理和碳循环模型具有深远意义。首先，它纠正了关于树木高度与干旱脆弱性的广泛误解——巨型树木并非“高不胜寒”，反而凭借精巧的演化适应实现了稳健的水力运输。其次，现有许多气候变化模型将旱死风险与树木高度直接挂钩，基于此预测未来森林碳储量变化。如果这一假设错误，相关模型输出的碳循环结果和森林动态预测将需要重新校准。最后，对于热带雨林保护工作，尤其是马来西亚婆罗洲等拥有大量Dipterocarp树木的地区，研究结果为“在气候持续变暖的背景下保护这些罕见巨树”提供了坚实的科学依据。研究团队呼吁对其它高大树木的水力系统及干旱韧性开展更多研究，以全面评估全球森林的应对能力。