摘要：近日，我校资环学院韩文轩教授团队在《全球生态学与生物地理学》（Global Ecology & Biogeography）期刊上发表了题为《太阳辐射和水分胁迫是木本植物叶硅浓度纬度格局的主要环境驱动因子》（Solar Radiation and Water S

近日，我校资环学院韩文轩教授团队在《全球生态学与生物地理学》（Global Ecology & Biogeography）期刊上发表了题为《太阳辐射和水分胁迫是木本植物叶硅浓度纬度格局的主要环境驱动因子》（Solar Radiation and Water Stress Are Major Environmental Drivers of the Latitudinal Pattern of Leaf Si Concentration in Woody Plants）的研究论文揭示了太阳辐射和水分胁迫是木本植物叶硅（Si）浓度地理格局的主要环境驱动因子，表明高叶Si浓度是植物应对副热带高压地区高强度的太阳辐射与水分胁迫的重要适应策略（图1）。

图1 木本植物叶Si浓度的纬度格局及其驱动机制

全球气候变化加剧干旱频率，并伴随异常强烈的太阳辐射和高温，从而强化水胁迫和光热胁迫，对生态系统产生深远影响。Si是地表分布最广泛的化学元素之一，在增强植物抗逆性方面起着重要作用，它通过改善植物生长、功能和代谢活动来减轻植物受到的环境胁迫。森林比其他陆地植被吸收更多的Si，冠层叶片作为森林和大气之间的主要交流界面，常直接暴露于强辐射环境并承受高蒸腾压力，因此更容易受到辐射和干旱胁迫。分析叶Si浓度的变化及其驱动因素，有助于更好地理解Si在植物抗逆性中的意义。在夏季晴朗、干燥炎热的副热带高压地区，植物通常会经历比其他纬度地区更强的太阳辐射和水分胁迫，木本植物可能通过增加叶Si浓度来缓解这些强烈的环境胁迫。因此，我们预测叶Si浓度将呈现单峰纬向模式，而不是以往研究中报道的单调模式，但目前对此缺乏系统的分析和评估。

本研究通过整合文献和课题组已有数据，分析了叶Si浓度的纬度格局及其环境驱动因子并揭示其驱动机制。主要结论如下：（1）全球木本植物叶Si浓度呈显著的单峰纬度格局（图2）；（2）太阳辐射和水分胁迫是驱动叶Si浓度变化的主要环境因子，叶Si浓度与太阳辐射显著正相关，与土壤含水量以及年平均降水量显著负相关（图3）；（3）太阳辐射和水分胁迫的纬向分布（图4）以及不同植物功能群的叶Si浓度表现出相似的纬度趋势（图2），共同塑造了叶Si浓度的单峰纬度格局（图1）。

图2 全球木本植物叶Si浓度及其纬度格局。（a）不同植物功能群的叶Si浓度差异；（b）叶Si浓度的纬度格局。

图3 全球木本植物叶Si浓度与（a）太阳辐射，（b）土壤含水量以及（c）年平均降水量的关系。

图4 全球太阳辐射和水分因子的纬度趋势。（a）太阳辐射；（b）土壤含水量；（c）降水；（d）饱和水汽压差(VPD)

本研究是该团队发现我国东部森林植物K、Ca、Mg浓度在副热带高压区呈高峰分布格局(Shi et al., 2024, Forest Ecosystems: https://www.sciopen.com/article/10.1016/j.fecs.2024.100193）之后，取得的又一重要成果。研究进一步强调了化学元素在植物应对环境胁迫的适应性策略中的作用，并深入揭示了气候因子如何塑造植物元素的宏观分布与进化格局。这些发现对于全球气候变化背景下，预测植物养分利用策略和理解生物地化循环具有重要启示意义。资环学院生态系2023级博士生丁栋栋和实验室已毕业博士生施志娟为共同第一作者，韩文轩教授为通讯作者；实验室博士生陈家书、孟庆权和硕士生张浩也参与了本项研究。研究得到了中科院战略先导专项和国家自然科学基金的资助。

来源：仙女讲科学