Cơ chế sống sót và tử vong của thực vật trong điều kiện hạn hán: Tại sao một số cây sống sót trong khi những cây khác lại chết do hạn hán?

New Phytologist - Tập 178 Số 4 - Trang 719-739 - 2008
Nate G. McDowell1, William T. Pockman2, Craig D. Allen3, David D. Breshears4, Neil S. Cobb5, Thomas E. Kolb6, J. Plaut2, John S. Sperry7, Adam G. West8,9, David G. Williams10, Enrico A. Yépez11
1Earth and Environmental Sciences Division, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA
2Department of Biology, MSC03 2020, 1 University of New Mexico, Albuquerque, NM 87131-0001, USA
3US Geologcial Survey, Jemez Mountains Field Station, 15 Entrance Road, Los Alamos, NM 87544, USA
4School of Natural Resources, Institute for the Study of Planet Earth, and Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of Arizona, Tucson, AZ 85721-0043, USA
5Merriam-Powell Center for Environmental Research, Peterson Hall, Bldg 22, Rm 330, Box 6077, Northern Arizona University Flagstaff, AZ 86011, USA
6School of Forestry, Northern Arizona University, Flagstaff, AZ 86001-5018, USA
7Department of Biology, University of Utah, 257S 1400E, Salt Lake City, UT 84112, USA
8Botany Department, University of Cape Town, Private Bag, Rondebosch, 7700, South Africa
9Department of Integrative Biology, University of California, Berkeley, CA 94720
10Department of Renewable Resources, University of Wyoming, Laramie, WY 82071 USA
11Department of Biology, University of New Mexico, Albuquerque, NM 87131, USA,

Tóm tắt

Tóm tắtCác đợt hạn hán nghiêm trọng đã liên quan đến hiện tượng tử vong của rừng ở quy mô vùng trên toàn thế giới. Biến đổi khí hậu dự kiến sẽ làm trầm trọng thêm các sự kiện tử vong cấp vùng; tuy nhiên, việc dự đoán vẫn rất khó khăn vì các cơ chế sinh lý bình luận về khả năng sống sót và tử vong do hạn hán vẫn chưa được hiểu rõ. Chúng tôi đã phát triển một lý thuyết dựa trên áp suất thủy lực, xem xét cân bằng carbon và khả năng kháng côn trùng để phát triển và kiểm tra các giả thuyết liên quan đến sự sống sót và tử vong. Nhiều cơ chế có thể gây ra tử vong trong thời gian hạn hán. Một cơ chế chung cho các loài thực vật có quy định nước isohydric là tránh khỏi sự thất bại thủy lực do hạn hán thông qua việc đóng khí khổng, dẫn đến tình trạng đói carbon và chuỗi các tác động tiếp theo như khả năng kháng với các tác nhân sinh học giảm sút. Tử vong do thất bại thủy lực per se có thể xảy ra đối với cây giống hoặc cây isohydric gần chiều cao tối đa của chúng. Mặc dù thực vật anisohydric tương đối chịu hạn tốt hơn, nhưng chúng lại dễ bị thất bại thủy lực do hoạt động với các biên an toàn thủy lực hẹp hơn trong điều kiện hạn hán. Nhiệt độ tăng cao có thể làm trầm trọng thêm tình trạng đói carbon và thất bại thủy lực. Các tác nhân sinh học có thể làm tăng cường và bị tăng cường bởi áp lực thực vật do hạn hán. Các dao động khí hậu ẩm ướt trong nhiều thập kỷ có thể làm tăng sự dễ bị tổn thương của thực vật đối với tử vong do hạn hán bằng cách kích thích sự thay đổi trong kiến trúc thủy lực, khiến cho thực vật dễ mắc sự stress về nước. Sự ấm lên toàn cầu và tần suất ngày càng tăng của các sự kiện cực đoan có thể dẫn đến việc gia tăng các tập hợp tử vong cấp vùng. Quy định tiềm năng nước isohydric và anisohydric có thể phân chia các loài ở giữa sự sống sót và tử vong, và như vậy, việc kết hợp khung thủy lực này có thể hiệu quả trong việc mô hình hóa sự sống sót và tử vong của thực vật trong điều kiện khí hậu tương lai.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1111/j.1365-2699.2005.01292.x

10.1111/j.1365-3040.2005.01430.x

10.1007/s10021-007-9057-4

10.1073/pnas.95.25.14839

10.1029/2007EO470008

10.1093/jee/65.1.138

10.5962/bhl.title.68787

10.1006/anbo.2000.1175

10.1007/BF00479846

10.1016/S0048-9697(00)00528-3

10.1046/j.1365-3040.2003.01046.x

Barnes FJ, 1986, PhD dissertation

10.1016/j.foreco.2006.02.038

10.1146/annurev.pp.31.060180.002423

10.1093/ee/5.6.1225

10.1007/s10021-005-0126-2

10.1046/j.0269-8463.2001.00537.x

10.1175/JCLI3741.1

10.1111/j.1365-3040.1991.tb00944.x

10.1016/0022-1694(82)90117-2

10.1016/0304-3800(86)90008-6

10.1016/S0378-1127(00)00351-0

10.1051/forest:2006042

10.1007/978-0-387-34003-6_4

10.1046/j.1466-822X.2002.00274.x

10.1073/pnas.0505734102

10.1890/07-0437.1

BreshearsDD MyersOB MeyerCW BarnesFJ ZouCB AllenCD McDowellNG PockmanWT. (in press).Tree die‐off in response to global‐change‐type drought: mortality insights from a decade of plant water potential measurements.Frontiers in Ecology.

10.1086/314083

10.1046/j.1365-3040.2003.00975.x

10.1046/j.1365-3040.1997.d01-36.x

10.1016/j.ecocom.2005.04.010

10.1017/S0266467403003572

10.1034/j.1600-0706.2001.920119.x

10.1016/0378-1127(87)90098-3

10.1007/BF00328896

10.1038/nature03972

10.1093/treephys/22.1.21

10.1016/B978-0-08-092593-6.50011-6

10.1098/rstb.2003.1426

10.2136/sssaj2004.0396

10.1007/s004420050098

10.1007/PL00008879

10.2307/2963497

10.1126/science.1102586

Cowan IR, 1977, Stomatal function in relation to leaf metabolism and environment, Symposia of the Society for Experimental Biology, 31, 475

10.1007/s00704-004-0049-4

10.1023/A:1005883907800

10.1016/S0048-9697(00)00522-2

10.2307/4003212

10.3732/ajb.89.5.820

10.1093/treephys/16.1-2.263

10.1016/S0378-1127(99)00307-2

10.1023/A:1009719805461

10.1111/j.1365-3040.2007.001686.x

10.1175/JHM532.1

10.1093/treephys/27.10.1389

DoreS KolbTE Montes‐HeluM SullivanBW WinslowWD HartSC KayeJP KochGW HungateBA. (in press).The effect of stand‐replacing fire on ecosystem CO2exchange of ponderosa pine forests in northern Arizona.Global Change Biology.

10.1051/forest:19920605

10.1139/x26-152

10.1093/ee/22.5.948

10.1007/s00468-004-0393-0

10.1023/A:1005532612117

10.1046/j.1365-3040.2000.00625.x

10.1046/j.1365-2664.1999.00460.x

10.1016/j.foreco.2006.10.011

10.1890/0012-9658(2006)87[150:TGTAHS]2.0.CO;2

10.1111/j.1365-3040.2005.01407.x

Franklin JF, 1987, Tree death as an ecological process, Bioscience, 27, 259

10.1111/j.1365-3040.2006.01600.x

10.1139/x04-062

10.1126/science.174.4013.1033

10.1016/j.foreco.2003.11.001

10.1111/j.1523-1739.2006.00424.x

10.1046/j.1365-3040.1998.00273.x

10.3354/cr017217

Gower ST, 1994, Pine ecosystems, 115

10.1016/0378-1127(92)90346-B

10.1603/0022-0493(2006)099[0094:EOSIFP]2.0.CO;2

10.1016/j.foreco.2005.07.014

10.1093/treephys/27.2.269

10.1046/j.1469-8137.2003.00866.x

10.4039/Ent116625-4

10.1007/PL00008875

10.1104/pp.125.2.779

10.1016/j.foreco.2004.05.023

10.1093/treephys/21.6.345

10.1016/S0048-9697(00)00523-4

10.1007/PL00012017

10.1603/0046-225X-30.5.803

10.1086/417659

10.1029/2005JG000101

Hietz P, 2005, Tree temperatures, volatile organic emissions, and primary attraction of bark beetles, Phyton, 45, 341

10.1104/pp.120.1.7

10.1111/j.1365-3040.2005.01454.x

10.1890/1051-0761(2001)011[1046:PRTGDV]2.0.CO;2

10.1080/07060668709501868

10.1111/j.1365-2486.2006.01210.x

10.1093/aob/mch153

10.1093/treephys/26.3.313

IPCC, 2007, Climate change 2007: the physical science basis, 1009

10.1139/x95-124

10.1890/1540-9295(2007)5[365:ANGOCE]2.0.CO;2

10.1016/j.foreco.2005.04.026

10.1046/j.1365-3040.2003.00965.x

10.1093/treephys/19.1.31

10.1023/A:1012539409854

Kelsey RG, 2001, Chemical indicators of stress in trees: their ecological significance and implication for forestry in Eastern Oregon and Washington, Northwest Science, 75, 70

10.1139/x03-007

10.1104/pp.69.4.840

10.1126/science.1114166

10.1093/treephys/18.6.375

10.1139/x93-296

10.1093/treephys/16.8.665

10.1890/0012-9658(1999)080[2373:DIDABS]2.0.CO;2

10.1663/0006-8101(2002)068[0270:AAAROW]2.0.CO;2

KurzWA AppsMJ.1999.A 70‐year retrospective analysis of carbon fluxes in the Canadian forest sector.Ecological Applications9:526–547.

10.1093/treephys/9.1-2.59

Larsson S, 1983, Attacks of mountain pine beetle as related to tree vigor of ponderosa pine, Forest Science, 29, 395

10.1046/j.1354-1013.2001.00439.x

10.1104/pp.101.3.1021

10.1051/forest:2003007

10.1046/j.1365-2435.1998.00275.x

10.1111/j.1365-2486.2007.01420.x

10.1111/j.1365-2486.2004.00870.x

10.1093/treephys/18.7.421

10.1093/treephys/18.7.431

10.1093/ee/28.6.924

10.1093/ae/47.3.160

10.1890/1540-9295(2003)001[0130:ATIOGW]2.0.CO;2

10.1016/0378-1127(86)90172-6

10.1046/j.1365-2028.2003.00428.x

10.1046/j.1365-3040.2000.00537.x

10.1007/s004420100758

10.1890/02-0538

Manion PD, 1991, Tree disease concepts

10.1086/526462

10.1111/j.1365-2745.2006.01173.x

10.1093/treephys/19.7.435

10.1016/S0304-3800(02)00025-X

10.1016/B978-0-12-078148-5.50019-1

10.1073/pnas.0306738101

10.1890/1051-0761(2006)016[1164:HMOPPG]2.0.CO;2

10.1139/X06-233

10.1007/s00442-002-0904-x

10.1007/s00442-005-0104-6

10.1093/treephys/22.11.763

10.1111/j.1365-3040.2007.01714.x

10.1111/j.1469-8137.2004.01127.x

10.1071/WF02054

10.1046/j.1365-3040.2003.00991.x

10.1139/x00-173

10.1016/B978-0-08-092593-6.50006-2

10.2307/2446636

Monteith JL, 1990, Principles of environmental, 291

10.1111/j.1365-3040.1991.tb01521.x

10.1111/j.1365-2745.2005.01042.x

10.2307/1310668

10.1029/2003GL018261

National Research Council, 2007, Understanding multiple environmental stresses

10.1641/0006-3568(2005)055[0749:FRTGPM]2.0.CO;2

10.1890/06-1046.1

10.1029/2005WR004141

10.1086/314173

10.1046/j.1365-3040.2002.00876.x

10.1890/0012-9658(2000)081[3237:TRVIPP]2.0.CO;2

10.1023/A:1026550808557

10.1046/j.1365-3040.1999.00513.x

10.1111/j.1461-9563.2006.00305.x

10.1890/0012-9658(1998)079[0079:TROSIT]2.0.CO;2

10.1139/x05-212

10.1093/treephys/22.2-3.205

10.1093/treephys/23.4.237

10.1126/science.1120479

10.3732/ajb.93.9.1265

10.2307/2656722

10.1038/378715a0

10.1139/x89-068

10.2307/3545270

10.1016/B978-012159270-7/50018-X

10.1007/s00442-004-1503-9

RichPM BreshearsDD WhiteAB.2008.Phenology of mixed woody‐herbaceous ecosystems following extreme events: net and differential responses. Special feature on phenology.Ecology89:342–352.

10.1603/0046-225X-32.2.359

10.1071/PP9930309

10.1016/j.foreco.2004.05.059

RommeWH ClementJ HickeJ KulakowskiD MacDonaldLH SchoennagelTL VeblenTT.2006.Recent forest insect outbreaks and fire risk in colorado forests: a brief synthesis of relevant research.Colorado Forest Research Institute.

Ryan MG, 1994, Dark respiration of pines, Ecological Bulletins, 43, 50

10.1111/j.0030-1299.2004.13184.x

10.1111/j.1365-3040.2007.01682.x

10.1111/j.1365-3040.2004.01211.x

10.1046/j.1365-3040.2000.00553.x

Schoeneweiss DF, 1981, Water Deficits and Plant Growth

10.1073/pnas.0601816103

10.1126/science.1139601

Shaw JD, 2005, Forest inventory and analysis (FIA) annual inventory answers the question: what is happening to pinyon–juniper woodlands?, Journal of Forestry, 103, 80

10.1006/anbo.1998.0590

Sieg CH, 2006, Best predictors for postflre mortality of ponderosa pine trees in the intermountain west, Forest Science, 52, 718

10.1016/S0048-9697(00)00527-1

10.1016/j.agrformet.2007.01.003

10.1007/s00442-004-1635-y

10.1093/treephys/19.7.453

10.1046/j.1365-3040.1998.00287.x

10.1046/j.1365-2435.2002.00628.x

10.1046/j.0016-8025.2001.00799.x

10.1104/pp.83.2.414

10.1093/treephys/17.4.275

10.1086/367580

10.1111/j.1365-3040.1996.tb00241.x

10.1007/BF00052811

10.1111/j.1365-2745.2004.00941.x

10.1890/03-0224

10.1175/1520-0442(1998)011<3128:MDAERT>2.0.CO;2

10.2307/2937153

10.1016/S1360-1385(99)01450-8

10.1098/rstb.1993.0091

10.1104/pp.98.2.540

10.1093/jxb/49.Special_Issue.419

10.1007/s00049-005-0331-7

10.1093/treephys/17.4.241

10.1890/06-0512

10.1023/A:1026146615248

10.1111/j.1365-3040.1993.tb00511.x

10.1104/pp.120.1.11

10.1104/pp.88.3.574

10.1146/annurev.pp.40.060189.000315

10.1046/j.1365-2699.1999.00363.x

10.1111/j.1365-2745.2004.00954.x

10.1139/b96-238

10.1890/0012-9658(1998)079[2624:IOLSCV]2.0.CO;2

10.1111/j.1469-8137.1998.00288.x

10.1603/0046-225X-32.3.652

Wardle JA, 1983, Dieback in New Zealand Nothofagus forests, Pacific Science, 37, 397

Waring GL, 1992, Plant‐insect interactions, 167

10.2307/1310667

10.1093/treephys/18.2.129

10.2307/1940551

10.1093/treephys/19.10.655

10.1007/s00442-007-0777-0

10.1093/treephys/27.12.1711

WestAG HultineKR SperryJS BushSE EhleringerJR.2008.Transpiration and hydraulic strategies in a piñon–juniper woodland.Ecological Applications18:911–927.

10.1126/science.1128834

10.1007/BF00379790

10.1093/treephys/18.8-9.633

10.1016/B978-0-12-424156-5.50008-1

10.1890/0012-9615(2003)073[0223:EOARSW]2.0.CO;2

10.1890/0012-9615(2000)070[0517:IAIVFS]2.0.CO;2

10.1071/BT96030

10.1046/j.1523-1739.2000.99298.x

10.1139/x04-118

10.1046/j.1365-2745.2002.00691.x

Yoder BJ, 1994, Evidence of reduced photosynthetic rates in old trees, Forest Science, 40, 513

Zhang J, 1995, Genetic differentiation in carbon isotope discrimination and gas exchange in Pseudotsuga menziesii., Oecologia, 101, 80

Thông tin
Thông tin xuất bản

New Phytologist

Tập 178 Số 4

719-739

Thông tin tác giả