基于功能性状的铁杆蒿对环境变化的响应与适应

以延河流域3个植被区(森林区、森林草原区及典型草原区)稳定的自然植物群落中的铁杆蒿为研究对象,测定铁杆蒿的比叶面积、叶组织密度、叶氮含量、叶磷含量、叶氮磷比、比根长、细根组织密度、细根氮含量、细根磷含量、细根氮磷比10项能够反映植物生存对策且易于测量的功能性状,研究了不同生境下铁杆蒿功能性状的种内差异,以及气象因子和地形因子对铁杆蒿植物功能性状的影响,并分析了各功能性状间的相关关系.结果表明： 铁杆蒿各功能性状中除了叶磷含量、叶氮磷比、比根长、根组织密度和根氮磷比在各植被带间的差异显著外,其他5个性状差异均不显著.各性状在坡度、坡向间的差异不显著.比叶面积与叶组织密度呈显著负相关,比根长与根组织密度和根氮磷比呈显著负相关,根组织密度与根氮含量和根氮磷比呈显著正相关,叶组织密度、叶氮含量和叶氮磷比与其他功能性状的相关性不显著.表明铁杆蒿对恶劣环境的适应是通过叶片和细根功能性状间的相互作用和调节实现的.不同环境因素在不同程度上对铁杆蒿功能性状产生影响,对铁杆蒿功能性状影响大小依次是年均降雨量、年均温和年均蒸发量.     

延河流域不同植被带植物功能性状变化及其对环境因子的响应

植物功能性状是表征植物对环境差异的适应性及植物内功能的进化与平衡关系的重要属性,功能性状-环境条件相互关系对于探讨植被对多变生境的适应策略具有重要意义。对黄土丘陵区延河流域3个生物地理气候区（草原区、森林草原区和森林区）进行分层采样,通过野外试验测定植物群落功能性状和土壤理化性质,结合气象数据分析了植物功能性状沿植被带的变化及其对环境变化的响应。研究结果如下：（1）比叶面积（SLA）、叶氮含量（LNC）、叶氮磷比（LN/LP）、根碳含量（RCC）、根碳氮比（RC/RN）和根氮磷比（RN/RP）从草原区到森林区显著上升,而叶组织密度（LTD）、叶碳氮比（LC/LN）和比根长（SRL）显著下降。森林草原区的植物磷含量显著高于森林区和草原区。（2）水分条件是调节植物群落功能性状变异的最主要因素,其能够直接影响叶和根性状,还会通过影响土壤养分和土壤水分间接作用于叶片功能性状。（3）从草原区至森林区,随着养分和水分可获取性的升高,植物群落会通过增大SLA,降低LTD和SRL以提高对干旱贫瘠立地条件的适应能力。氮（N）是草原区植物生长主要限制元素,而森林草原区则同时受到N、磷（P）的限制。     

黄土丘陵区植物叶片与细根功能性状关系及其变化

通过植物叶片功能性状(比叶面积、叶组织密度、叶氮含量)和细根功能性状(比根长、根组织密度、根氮含量)间的相互关系,分析植物对环境的适应途径;然后根据性状间的差异进行了层次聚类,将物种划分为3大功能型,并分析了不同功能型对环境的适应策略.结果表明:黄土丘陵区延河流域149种植物的叶氮含量与比叶面积和根氮含量正相关、与叶组织密度负相关,比根长与根组织密度负相关,除了根氮含量,其余根性状与叶性状不相关.此外,功能性状间关系变化和适应策略在不同功能型之间也存在差异.功能型1的植物具有最强的耐旱力和防御力;功能型3的植物具有最强的养分维持能力用以对抗营养贫瘠的环境;功能型2的植物居中,生长速率最高,具有较强的竞争力、分布最广;根据C-S-R理论,功能型1和3属于“胁迫忍耐型”策略(S策略),功能型2则属于“竞争型”(C)和“干扰型”(R)策略的综合.研究结果为黄土丘陵区植被恢复规划及物种配置等提供依据.     

延河流域植物叶性状间关系及其在不同植被带的表达

以延河流域不同植被带的地带性植物群落为研究对象,对群落优势种和主要伴生种的6种叶片性状进行测定,分析这些性状及其关系随环境梯度的变化,以了解该区域植物对环境变化的适应策略.结果表明: 植物比叶面积(SLA)与叶组织密度(LTD)、叶片单位面积氮和磷含量均呈显著负相关,与单位质量叶片磷含量呈显著正相关;各性状间的尺度关系和生存对策在不同植被带不同,典型草原带和森林草原带植物LTD SLA的尺度依赖关系比森林带植物的强,而森林带植物叶片单位〖JP2〗面积N、P含量与SLA、LTD间的尺度关系较草原带更明显,植物对环境的适应策略发生了位移.在干旱贫瘠的草原带和森林草原带,植物以防御和抗胁迫策略为主,而在环境条件相对湿润、富养的森林带,植物以快速生长和资源优化配置策略为主.     

Effects of Robinia pseudoacacia on the undergrowth of herbaceous plants and soil properties in the Loess Plateau of China

刺槐对黄土高原林下草本植物及土壤性质的影响 外来物种刺槐(Robinia pseudoacacia)的引入会对林下草本植物、土壤性质及二者之间的相互关系产 生一定影响,且这种影响可能与植被带有关。然而,在黄土高原较大面积范围内,关于刺槐对林下草本植物和土壤影响的研究依然很少。我们以黄土高原草原带、森林草原带和森林带作为研究区,选择了两种冠层植物类型：刺槐林分和相邻的原生植被。我们测定了5个叶片功能性状：叶片碳含量、叶片氮含量、叶片磷含量、比叶面积和叶组织密度,并计算了群落功能多样性、物种多样性和群落加权性状值。研究结果表明,(1)与原生植被相比,3个植被带内林下草本植物群落的叶氮、叶磷和比叶面积的群落加权性状值均显著提高,而叶碳和叶组织密度的群落加权性状值显著降低。(2)物种多样性、功能多样性和群落生物量在草原带内呈下降趋势,在森林带内呈上升趋势,在森林草原带内差异不显著。(3)与原生植被相比,土壤有机碳和土壤全氮仅在森林带内显著减少。(4)林下草本植物群落特性与土壤之间的关系是受刺槐和植被带所依赖的。总的来说,刺槐对林下草本植物和土壤性质的影响与植被带密切相关。该研究结果对黄土高原人工植被恢复与重建的规划具有重要指导意义。     

延河流域植物群落功能性状对环境梯度的响应

研究群落水平上的植物功能性状特征及其随环境梯度的变化规律,对认识不同环境梯度下植物群落的形成及其对环境的适应机制具有重要意义。以延河流域不同环境梯度下的稳定的自然植物群落为对象,测量了植物群落组成物种的叶厚度、比叶面积、叶组织密度、比根长、根组织密度、单位质量叶氮含量、单位质量根氮含量、种子质量、种子体积等9个性状,然后以物种重要值为基础加权平均得到各个性状在群落水平上的平均值(即群落性状值);以现有的环境因子栅格图为基础,利用ArcGIS提出各群落对应的环境因子值,同时测定各个群落的土壤水分,分析群落各性状值与环境因子的关系,并建立关系模型。结果表明:在群落水平上,9个植物功能性状分别与13个环境因子存在不同程度的相关性,同时这9个植物功能性状对8个环境因子梯度(土壤水分、年4-10月平均气温、年7-9月总降雨量、降雨季节变化、年平均降雨量、年平均蒸发量、坡度、坡向)的响应特征较好,不同植物功能性状间具有较好相关性。群落水平上植物功能性状及其组合随环境梯度的规律性变化,反映了延河流域植被群落构建过程中环境对功能性状的筛选效应。该研究结果对该区的植被恢复重建的物种选择及植被布局规划具有重要的实践意义。     

外来物种刺槐对黄土丘陵区植物群落功能结构的影响

在黄土丘陵区草原带、森林草原带和森林带3个植被带选取成对的刺槐群落和乡土植物群落功能性状值,研究不同植被带刺槐群落、乡土植物群落功能结构的变化,以及同一植被带下刺槐的引入对群落功能结构的影响.结果表明: 刺槐群落和乡土植物群落的叶碳、叶氮、叶磷、比叶面积、叶组织密度等功能性状随植被带的变化规律一致.刺槐群落叶碳、叶氮、比叶面积显著高于乡土植物群落,且2种群落功能多样性指数(FR_ic、FE_ve、FD_iv、FD_is、Rao)随植被带的变化趋势并不完全一致,在森林带刺槐的引入提高了植物群落功能多样性,在草原带降低了植物群落功能多样性.     

降水差异对内蒙古温带草原植物根系和叶片功能性状的影响北大核心CSCD

植物能够调整叶片或根系功能性状的变化来适应气候变化,从而形成多样性的环境适应策略。该研究以内蒙古温带草原降水量存在差异的草原群落(较为湿润的多伦草原和较为干旱的正镶白旗草原)为研究对象,分别测定两个草原群落优势种(多伦20种和正镶白旗13种)和共有种(8种)的根系功能性状(根直径、比根长和根组织密度)和叶片功能性状(叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶碳含量、叶氮含量),分析根叶性状的变异规律及其关系,以探究草种对不同降水环境的适应策略,为不同降水区域草种的选择以及草原经营管理提供理论依据。结果显示:(1)随着降水量的变化,草种的根性状在两个群落间无显著差异,多伦草原植物的比叶面积显著高于正镶白旗草原,而叶干物质含量和叶碳含量则呈相反趋势;两个草原群落的单子叶禾草类植物根直径最小,比根长最大,叶干物质含量最高;单子叶百合科类植物的根组织密度最小,叶干物质含量和叶氮含量最低;双子叶非禾草类植物的根组织密度最大,比叶面积最高而叶面积最低。(2)随降水量的减少,两个群落共有种的叶面积、比叶面积降低,叶干物质含量和叶碳含量增加;其中,羊草、冰草、糙隐子草的直径增加,比根长和根组织密度降低,而猪毛蒿的直径和比根长则呈相反的趋势;糙隐子草、羊草、猪毛蒿的叶氮含量增加,冰草、克氏针茅叶氮含量降低。(3)主成分分析表明,单个草原或综合两个草原的植物根与叶性状几乎不相关。研究表明,单子叶禾草类植物的根系性状在降水变化中差异较为明显,而双子叶非禾草类植物基本没有变化;干旱对植物叶性状的影响大于根性状;在不同降水环境下,草原植物根系存在独特的资源获取方式,根与叶性状对环境变化的适应策略均具有独立性。     

黔中喀斯特木本植物功能性状变异及其适应策略

性状变异反映了植物的生活史对策。该研究以贵州普定县天龙山10种木本植物为对象, 通过分析枝叶和根系9个功能性状的种间与种内变异, 揭示植物对喀斯特生境的适应策略。结果表明: (1) 9个性状变异程度不同, 细根组织密度的种间和种内变异系数最大, 分别达96.47%和51.44%, 小枝干物质含量的种间与种内变异最小, 分别为11.67%和6.83%。(2)种间水平的细根组织密度在不同物种中没有显著的差异, 比根长、叶厚度、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶组织密度、小枝干物质含量和小枝组织密度均表现出显著的差异。在种内, 比叶面积差异显著, 其他性状差异不显著。(3)绝大多数叶和枝性状间显著相关, 比根长与比叶面积显著负相关, 其他根系性状与枝叶性状相关性不显著。总之, 与同纬度非喀斯特地区植物相比, 普定喀斯特地区植物具有较小的叶面积和比根长度, 较大的叶干物质含量、叶组织密度等一系列有利于减小蒸腾和储存养分的功能性状组合, 这可能是其适应干旱贫瘠的喀斯特环境的主要生态策略。     

Variations of plant functional traits and adaptive strategy of woody species in a karst forest of central Guizhou Province,southwestern China

性状变异反映了植物的生活史对策。该研究以贵州普定县天龙山10种木本植物为对象, 通过分析枝叶和根系9个功能性状的种间与种内变异, 揭示植物对喀斯特生境的适应策略。结果表明: (1) 9个性状变异程度不同, 细根组织密度的种间和种内变异系数最大, 分别达96.47%和51.44%, 小枝干物质含量的种间与种内变异最小, 分别为11.67%和6.83%。(2)种间水平的细根组织密度在不同物种中没有显著的差异, 比根长、叶厚度、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶组织密度、小枝干物质含量和小枝组织密度均表现出显著的差异。在种内, 比叶面积差异显著, 其他性状差异不显著。(3)绝大多数叶和枝性状间显著相关, 比根长与比叶面积显著负相关, 其他根系性状与枝叶性状相关性不显著。总之, 与同纬度非喀斯特地区植物相比, 普定喀斯特地区植物具有较小的叶面积和比根长度, 较大的叶干物质含量、叶组织密度等一系列有利于减小蒸腾和储存养分的功能性状组合, 这可能是其适应干旱贫瘠的喀斯特环境的主要生态策略。     

延河流域植物功能性状变异来源分析

由于遗传背景对植物性状的影响,直接研究环境与植物性状的关系有一定的不确定性。因此,研究植物性状对环境变化的响应,必须明确遗传背景与环境对植物性状的相对影响,以排除遗传背景的作用。本研究以延河流域为研究区域,选取19个典型样点,调查了64种植物的6种功能性状,即比叶面积(SLA)、比根长(SRL)、叶片氮(LN)与磷含量(LP)、根的氮(RN)与磷含量(RP),并通过野外定位信息,从已有专题信息图中获取环境数据,采用方差分析和逐步回归的方法,分析了植物性状变异来源,研究了不同科属植物对环境变化的响应。结果表明：(1)不同气候条件下,植物的SLA、LN和RP性状存在显著差异,森林区植物SLA、RP较草原区植物偏低33.02%、19.94%,而LN则高于草原区植物19.33%;不同科属植物之间SLA、SRL、LN和RN存在显著差异,豆科植物具有较高的SLA、LN、RN,分别高出研究区平均值16.33%、65.23%、97.78%,而禾本科植物SRL具有最大值,高出平均值103.11%;(2)遗传背景差异是植物性状变异的首要决定因子,遗传背景对SRL、LN、RN变异的解释比例分别达到了27.86%、32.78%、42.70%,而LP、RP则受环境因子的影响更大,环境因子对LP、RP解释比例分别达到24%、15.58%;(3)豆科Leguminosae、禾本科Poaceae、菊科Asteraceae、蔷薇科Rosaceae植物性状的环境因子逐步线性回归模型,表明不同科属的植物对环境因子是否产生响应和响应的方式均不相同,豆科和禾本科植物对区域性气候条件较为敏感,而菊科和蔷薇科植物受地形因子和土壤含水量影响较大。     

Analysis of relationships among leaf functional traits and economics spectrum of plant species in the desert steppe of Nei Mongol

Aims Grassland desertification is being accelerated because of adverse climate change effects and unsustainable land uses, resulting in several major environmental problems. However, there are few studies on the economics spectrum of different plant functional types in desert steppe. The objectives of the current study are to examine the relationships among leaf functional traits of native plant species, to compare the functional traits among different plant functional types, and to determine whether an economic spectrum exists for the majority of species in the desert steppe of Damao Banner, Nei Mongol, China.
Methods Photosynthetic and chlorophyll fluorescence parameters, specific leaf area (SLA), and leaf nitrogen contents across 24 species of different functional types were measured in situ in the desert steppe ecosystem. Non-parametric tests were used to analyze leaf trait differences in plant species of different functional types. Linear regression analysis was used to determine the relationships among leaf traits in different plant species. Finally, a comprehensive analysis on these leaf traits in different plant species was conducted using the principal component analysis. All data analyses were performed using SPSS 16.0 (SPSS, Chicago, USA).
Important findings Significant differences among plant functional types were found in most of the leaf traits. SLA and mass-based nitrogen concentration (N_mass) in grasses were 2.39 and 1.20 folds, respectively, of that in shrubs; area-based photosynthetic capacity (A_area), SLA, and photosynthetic nitrogen use efficiency (PNUE) in annual species were 1.93, 2.13, and 4.24 folds, respectively, of that in perennial species; and A_area, SLA, and PNUE in C₄ species were 2.25, 1.73, and 3.61 folds, respectively, of that in C₃ species. Almost all relationships significantly differed (p < 0.01) among the leaf traits, with exception of the relationships between A_area and area-based nitrogen concentration (N_area) and between quantum yield of PSII electron transport (Φ_PSII) and SLA, implying that an economic spectrum may exist in the desert steppe ecosystem. The relationships of N_area, mass-based photosynthetic capacity (A_mass), and PNUE with SLA were most significantly strong (R² = 0.54, 0.62, 0.60, respectively; p < 0.01). Results in this study suggest that the annuals, grasses, and C₄ species might be located at the end of the leaf economic spectrum with high area-based photosynthetic rate, high nitrogen concentration on mass basis, short leaf lifespan, and high SLA; whereas the perennials, shrubs, and C₃ species could be located at the another end of the economic spectrum with contrasting traits.     

海岛植物不同演替阶段植物功能性状与环境因子的变化规律

植物功能性状与环境之间的关系是功能性状研究的重点,环境因子驱使植物功能性状发生变化,进而推动群落发生演替。以平潭岛4个不同演替阶段的森林植被(灌草丛、针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林)为研究对象,结合不同群落演替阶段的物种特征和群落结构,分析海岛不同演替阶段茎、叶功能性状的变化规律,以及功能性状与环境因子的关系。结果表明:(1)随着演替的进行,土壤养分和水分逐渐增加,土壤pH逐渐下降。比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)、叶片磷含量(LPC)、茎氮含量(SNC)、茎磷含量(SPC)下降后上升,叶厚度(LT)、叶片碳含量(LCC)、茎碳含量(SCC)与之相反,叶干物质含量(LDMC)、茎组织密度(STD)逐渐上升。(2)冗余分析表明,演替早期植物主要分布在土壤pH、容重高的贫瘠环境,拥有较高SLA、SNC、SPC、LPC的性状组合;演替后期植物主要分布在土壤养分和水分高的肥沃环境,拥有较高的STD、LDMC、LCC、LNC的性状组合。其中,土壤有机质和全氮含量是影响海岛植物演替过程中功能性状变化的关键环境因子。研究海岛植物功能性状与环境之间的关系随演替的变化规律,探讨各演替阶段功能性状和环境特征,以及功能性状如何响应环境变化。旨在为今后选择合适的树种进行海岛植被修复和重建提供依据。     

羌塘高原降水梯度植物叶片、根系性状变异和生态适应对策

叶片和根系是植物获取资源的最重要的器官,其性状随环境梯度的变化反映了植物光合碳获取和水分与养分的吸收能力及其对环境变化适应的生态对策。羌塘高原降水梯度带高寒草地群落叶片和根系成对性状关系研究不仅能揭示环境梯度对植物性状的塑造作用,也可为理解寒、旱和贫瘠等极端环境下植物的适应策略提供依据。为此,选择3组具有代表性的叶片和根系成对性状:比叶面积(SLA)和比根长(SRL);单位质量叶氮含量(LN_(mass))和单位质量根氮含量(RN_(mass));单位面积叶氮含量(LN_(area))和单位长度根氮含量(RN_(length)),分析不同优势植物地上、地下成对性状变异特征及其与环境因子的关系,探讨植物性状对高寒生态系统水分和养分限制因素的适应策略。研究表明,区域气候和土壤环境导致的叶片性状变异大于根系性状的变异,干旱端的植物既具有高的SRL,又具有高的叶片和根系的养分含量(LN_(mass),LN_(area)和RN_(mass))。SLA-SRL、LN_(mass)-RN_(mass)、LN_(area)-RN_(length)均表现为权衡关系,在干旱端(年降雨量MAP 400 mm)的高寒草原、荒漠草原和极湿润端(MAP 600 mm)的高寒草甸这种权衡关系更为明显,而中间区域(400 MAP 600 mm)的高寒草甸养分和水分限制不是很强烈,叶片和根系性状更多地表现出协同关系。从植物功能类群来看,苔草和禾草类植物叶片和根系成对性状之间具有更强烈的权衡关系。干旱端植物通过增加SRL和叶片、根系养分含量来提高水分和养分的吸收能力,同时通过叶片高的氮含量提高光合碳获取能力,保障了根系生长的物质来源,表现出地上和地下同时投入的策略。干旱端植物保持较高的养分含量是抵御和适应严酷的寒、旱和贫瘠的环境胁迫的重要策略。而在湿润端植物则采取增加SLA,维持地上光合生产力的生态策略。     

松嫩草地66种草本植物叶片性状特征

植物叶片功能性状及其相互关系越来越受到关注.以松嫩草地66种草本植物为研究对象,测量叶片干物质含量、比叶面积、叶片厚度、叶片氮含量、叶片磷含量、叶绿素含量和类胡萝卜素含量,检验性状间的相互关系,比较不同功能群(多年生根茎禾草,多年生丛生禾草,多年生杂类草,1年生或2年生草本)间性状的差异性.结果表明,叶片厚度变异系数最大,比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量、叶绿素含量和类胡萝卜素含量之间存在显著的正相关关系;叶片于物质含量与叶片磷含量没有显著的相关关系,与其它叶片性状呈显著的负相关关系;叶片厚度只与叶片干物质含量和比叶面积呈显著的负相关关系,与其它叶片性状不相关.叶片干物质含量、比叶面积、叶片厚度、叶片氮、磷含量在4个功能群间差异显著,叶绿素含量和类胡萝卜素含量在各个功能群间差异不显著;多年生根茎禾草和多年生丛生禾草叶片的7个性状差异不显著;多年生根茎禾草和多年生丛生禾草的叶片干物质含量高于多年生杂类草和1年生或2年生草本,其它性状小于这两个功能群.     

Trait‐abundance relation in response to nutrient addition in a Tibetan alpine meadow: The importance of species trade‐off in resource conservation and acquisition

In competition‐dominated communities, traits promoting resource conservation and competitive ability are expected to have an important influence on species relative abundance (SRA). Yet, few studies have tested the trait‐abundance relations in the line of species trade‐off in resource conservation versus acquisition, indicating by multiple traits coordination. We measured SRA and key functional traits involving leaf economic spectrum (SLA, specific leaf area; LDMC, leaf dry matter content; LCC, leaf carbon concentration; LNC, leaf nitrogen concentration; LPC, leaf phosphorus concentration; Hs, mature height) for ten common species in all plots subjected to addition of nitrogen fertilizer (N), phosphorus fertilizer (P), or both of them (NP) in a Tibetan alpine meadow. We test whether SRA is positively related with traits promoting plant resource conservation, while negatively correlated with traits promoting plant growth and resource acquisition. We found that species were primarily differentiated along a trade‐off axis involving traits promoting nutrient acquisition and fast growth (e.g., LPC and SLA) versus traits promoting resource conservation and competition ability (e.g., large LDMC). We further found that SRA was positively correlated with plant height, LDMC, and LCC, but negatively associated with SLA and leaf nutrient concentration irrespective of fertilization. A stronger positive height‐SRA was found in NP‐fertilized plots than in other plots, while negative correlations between SRA and SLA and LPC were found in N or P fertilized plots. The results indicate that species trade‐off in nutrient acquisition and resource conservation was a key driver of SRA in competition‐dominated communities following fertilization, with the linkage between SRA and traits depending on plant competition for specific soil nutrient and/or light availability. The results highlight the importance of competitive exclusion in plant community assembly following fertilization and suggest that abundant species in local communities become dominated at expense of growth while infrequent species hold an advantage in fast growth and dispersals to neighbor meta‐communities.