森林生态系统性状的空间格局与影响因素研究进展——基于中国东部样带的整合分析

性状(Trait)或功能性状(Functional trait)是植物、动物和微生物等对外界环境长期适应和进化后所呈现出来的可量度的特征,也是人们认识自然、利用或改造自然的重要途径和技术手段。近几十年来,科学家对植物、动物和微生物功能性状的研究取得了令人瞩目的成就,尤其在物种水平的植物叶片和根性状的研究领域;然而,自然生态系统是复杂的,植物、动物和微生物自身的多种性状间及其不同生物间性状的相互作用是广泛存在的,因此需要跨学科、系统性、集成式地调查和研究。以中国东部南北样带(NSTEC)森林生态系统为对象开展了植物、微生物和土壤性状的综合测定;基于其核心的研究结论并适当整合NSTEC前期的相关研究成果,希望能给性状研究提供新的调查模式和分析思路。沿NSTEC从热带雨林到寒温带针叶林3700km样带选取了9个地带性森林生态系统,在群落结构调查基础上对群落内所有植物种类(总计1177物种)开展了系统性的性状测定(叶-枝-干-根多元素含量,叶片形态性状-气孔性状-解剖性状-叶绿素含量-多元素含量-非结构性碳水化合物、细根形态性状-解剖性状-多元素含量等),测定了土壤微生物群落结构、酶活性、土壤有机质结构与组成、土壤碳氮周转及其温度敏感性等参数。基于上述数据,不仅按传统途径系统性地探讨了植物、微生物和土壤多种性状的纬度变异规律与影响因素;还从不同角度探讨了"如何科学地将器官水平测定性状推导至天然森林群落水平"科学难题,并从多个性状角度建立了自然森林生态系统中性状与功能的定量关系。在此基础上提出"性状网络"和"生态系统性状"概念,以其更好地用于揭示自然界复杂的森林生态系统,为验证和发展生态学理论、探讨多种性状间协同(权衡)的生态系统生产力优化机制提供重要的数据支撑。希望通过解决性状尺度拓展的技术难题,未来将传统性状研究拓展至群落或生态系统水平,并与高速发展的宏观观测手段(遥感观测、通量观测、模型模拟)有机结合,使性状研究更好地服务于区域乃至全球性的生态环境问题。     

藏东木本植物群落功能性状分布与环境的关系

研究植物群落功能性状间的相关关系及其对环境变化的响应,能够有效揭示植物功能性状的权衡模式及其对环境的适应策略。藏东昌都地区位于横断山脉西北部,复杂气候地貌孕育了丰富的植物资源,是青藏高原森林灌丛生态系统主要组分和国际生物多样性保护的热点地区。以藏东森林灌丛群落优势木本植物为研究对象,在大量野外调查基础上,采用相关分析、主成分分析、线性回归和方差分析等方法,研究了该区域植物功能性状间的相关关系、功能性状对环境变量的响应规律以及功能性状的变异来源。结果表明：(1)藏东木本植物表现出适应高寒环境的性状权衡模式,即：比叶面积、叶体积较小而叶干物质含量较大,叶磷含量和叶钾含量协同变化;(2)海拔和气候变量共同驱动着藏东木本植物功能性状的变化,并且藏东木本植物倾向于采取“高投入—慢回报”提高御寒能力的保守型适应策略;(3)海拔是影响藏东植物功能性状变异最显著的环境变量,种间变异在藏东植物群落功能性状随环境变化中起主要作用。研究结果揭示了藏东木本植物功能性状的权衡模式及其对高寒环境的适应策略,有助于加深对藏东自然植物资源分布规律和生态功能的认识,为区域生态系统功能和生物多样性保护提供科学依据。     

植物功能生物地理学的研究进展与展望

功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了重要进展。该文综述了植物功能生物地理学的核心内涵、发展历史、主要研究进展和未来展望。性状是功能生物地理学的研究核心,该文先总结了植物叶、茎、根、花、果实和种子等器官和整株关键性状的地理格局及其与环境间的关系,表明性状变异是植物适应进化和环境筛选的结果;概述了功能多样性的常用指标、地理分布与生态成因;介绍了性状数据的主要来源与性状缺失值的填充方法。随后,综述了植物性状间的关联与权衡,重点介绍了叶经济谱和植物经济谱的发展,指出其反映了植物对关键资源(如碳、养分和水分)的获取与分配策略;概述了基于性状预测物种分布的依据与进展,以及性状多样性与生态系统功能间的关系。在此基础上,提出了功能生物地理学研究所面临的挑战,强调未来研究要关注多性状在种内和种间的协同与权衡关系,将研究精度从物种水平推进到个体水平,采用性状网络等方法定量化性状间的关系及其对环境变化的响应,关注植物跨尺度的适应...     

植物功能性状与环境和生态系统功能

植物性状反映了植物对生长环境的响应和适应,将环境、植物个体和生态系统结构、过程与功能联系起来(所谓的“植物功能性状”)。该文介绍了植物功能性状的分类体系,综述了国内外植物功能性状与气候(包括气温、降水、光照)、地理空间变异(包括地形地貌、生态梯度、海拔)、营养、干扰(包括火灾、放牧、生物入侵、土地利用)等环境因素,以及与生态系统功能之间关系的研究进展,探讨了全球变化(气候变化和CO₂浓度升高)对个体和群落植物功能性状的影响。植物功能性状的研究已经取得很多成果,并应用于全球变化、古植被恢复和古气候定量重建、环境监测与评价、生态保护和恢复等研究中,但大尺度、多生境因子下的植物功能性状研究仍有待于加强,同时需要改进性状的测量手段;我国的植物功能性状研究还需要更加明朗化和系统化。     

桂林岩溶石山青冈群落植物功能性状的尺度变化与关联

研究植物功能性状在不同尺度的变异和关联,对于揭示植物对环境的适应策略和群落构建规律具有重要意义。以岩溶石山青冈群落为研究对象,测量了研究区内20个样方74种木本植物的叶面积、比叶面积和木材密度3个功能性状值,利用性状梯度分析法分析了3个性状在群落内部(α组分)及群落间(β组分)的变异格局及相关性。结果表明:(1)群落内3个植物功能性状的α值范围均大于β值范围,即物种相对于共生物种性状值的变化大于沿着群落平均性状梯度的变化。(2)植物功能性状比叶面积的种内差异引起的变化小于群落水平。(3)叶面积与比叶面积、比叶面积与木材密度、叶面积与木材密度的β组分相关性均最强,而α组分间无相关性或相关性较弱,即叶面积与比叶面积、比叶面积与木材密度、叶面积与木材密度两两性状间的相关性在群落间的依赖程度比群落内共生物种的依赖性要强,暗示物种在群落内和群落间采取不同的生态策略来适应环境。     

Explaining variation in productivity requires intraspecific variability in plant height among communities

解释生产力的变异需要考虑群落间植物高度的种内变异 已有研究表明,种内性状变异在群落构建过程中具有重要作用,但是迄今为止关于种内性状变异对生态系统功能的贡献仍然知之甚少。我们在青藏高原的高寒草甸进行了为期4年的功能群去 除实验,以研究植物高度的种间和种内变异对生产力的相对重要性。将75个控制群落内的株高总 变异分为种间变异(TV_inter)和种内变异(ITV_within),将群落间的群落加权平均高度分解为固定群落加权平 均值(CWM_fixed)和群落间种内变异(ITV_among)。我们通过广义加性混合模型、模型筛选和结构方程模型评估了性状变异(即TV_inter、ITV_within、CWM_fixed和ITV_among)如何间接介导功能群去除后生产力的变化。研究结果表明,功能群去除不仅会直接引起生产力变化,同时还会通过改变种间和种内株高变异间接影响生产力(即CWM_fixed和ITV_among)。“选择效应”和“避荫综合征”都可能导致更高的CWM_fixed和ITV_among,从而起到调节生产力的作用。该研究结果说明,只考虑种间变异可能会低估植物群落功能结构在驱动生态系统过程中的贡献。     

退化草地物种种内和种间功能性状变异对放牧的响应

研究草地植物功能性状变异对放牧干扰的响应机制,有助于解析草地生态系统群落构建和功能多样性维持机制及植物对环境的适应及权衡策略。以科尔沁沙地退化草地为对象,研究围封和放牧草地物种多种功能性状(植株高度、根系长度、叶面积、根面积、叶片干物质含量、地上干物质含量、根系干物质含量、比叶面积、比根长和根冠比)变异特征及其对放牧干扰的响应机制。结果表明: 退化草地物种种间性状变异明显高于种内变异,种间性状变异对总体变异的贡献率占比高达70.2%～95.1%,而种内变异仅为4.9%～29.8%,但群落构建中物种的种内变异仍不可忽视。放牧草地物种种间性状变异低于围封草地,且放牧草地种内变异增加而种间变异减小。放牧导致不耐牧的优良禾本科牧草叶面积和叶片干物质含量下降而比根长增加,但耐牧的杂类草则通过增加叶面积和叶片干物质含量并降低比根长来提高在群落中的优势地位。退化草地对放牧响应较为敏感的功能性状有叶面积、叶片干物质含量、比根长和比叶面积。植物叶片性状和根系性状自身及彼此间均呈显著正相关,但放牧会增强根系性状的协同效应而减弱叶片性状的协同效应。说明放牧会驱动植物个体和种群功能性状权衡策略发生改变,进而起到调控植物群落结构和功能的作用。     

荒漠植物性状权衡策略及功能多样性研究进展

荒漠植物是干旱区具有独特功能性状与资源权衡表征的地带性植物。植物功能性状及其多样性格局与资源权衡策略对群落结构优化和生态系统功能改善起着关键作用。该综述主要从荒漠植物组织、器官功能性状特征、功能性状权衡策略、功能多样性组分及测度3个方面梳理了荒漠植物性状权衡策略与功能多样性研究的进展脉络：1）荒漠植物独特的根、茎、叶功能性状特征揭露了植被对环境变化的响应以及对生态系统功能的影响,基于植物功能性状的研究有助于解决许多生态学的关键性问题;2）作为植物功能性状之间存在的最普遍的联系,权衡策略是经过自然筛选后形成的性状组合,关键性状已经被发掘并创造性的提出了"经济谱"概念。荒漠植物研究过程中,应分析其根、茎、叶的特征属性筛选关键性状,着眼于关键性状间及整株植物性状间的权衡策略;3）功能多样性是影响生态系统运行和发挥作用的生物多样性的重要组成部分,荒漠植物功能多样性能预测和指示群落中物种对于荒漠生态系统功能发挥和过程变化的影响。功能多样性的组分可以从不同角度反映群落的生态位占据状况和资源利用程度,指数的选择要体现在群落内部物种的功能特征之间的差异程度,同时要考虑这些物种自身在群落内的优势程度。本研究为未来荒漠植物功能性状及多样性研究梳理了一些新的研究方向和内容,期望为荒漠植物生理生态学研究的选题和发展提供一些新的思路。     

生态系统性状对宏生态研究的启示与挑战

功能性状在器官-物种-种群-群落-生态系统水平都具有其特定的适应或功能优化的意义,但目前对功能性状的测定和研究大都局限于器官或物种水平。然而,当前高速发展的宏生态新研究技术和方法(如遥感观测、通量观测、模型模拟)的研究对象都是在生态系统或区域尺度上,如何将传统功能性状与其相连结并服务于生态环境问题和全球变化问题是科学界的一大难题。为了解决传统性状与宏生态研究"尺度不统一"和"量纲不统一"的难题,研究人员最新发展了"生态系统性状(Ecosystem traits, ESTs)"概念体系,并从"理念-数据源-推导方法-应用"等多角度为后续研究提供了可借鉴案例。生态系统性状将传统性状研究从器官水平拓展到了群落和生态系统水平,以单位土地面积为基础构建了传统性状与宏生态研究(或地学研究)的桥梁,开启了性状研究从"器官到群落"、从"经典理论验证到宏观应用"的美好愿景,为多学科交叉提供了新思路。然而,它在方法学和数据源等方面还存在诸多问题与挑战;在此,我们呼吁相关专家从研究方法、概念体系和应用实践上赋予"生态系统性状"更强大的生命力,尤其从动物群落性状和微生物群落性状等角度。本文在深入解读先前生态性状概念体系、理论意义和潜在挑战的基础上,结合最新进展进行了补充,希望通过广泛讨论,完善生态系统性状概念体系,逐步形成"以性状为基础的生态系统生态学"新研究框架,切实推动宏生态研究和区域生态环境问题的解决。     

植物功能性状对全球气候变化的指示作用研究进展

以大气CO2浓度升高、大气温度升高、干旱胁迫加剧及紫外辐射增强为特征的全球变化对陆地生态系统产生巨大影响,植物作为陆地生态系统的重要组成部分,其功能性状对全球变化的指示作用为探寻全球变化规律、减缓气候变化提供了科学依据。该文主要综述了植物生理功能性状改变(形态变化、气孔调节、光合结构及光合途径改变和植物光合、呼吸速率及水分生理变化等)和物候功能性状改变对全球变化的指示作用,以及植物群落物种丰富度或数量增加等群落特征变化对全球气候变暖的指示作用。最后指出,完善植物功能性状指标和建立从植物个体、群落到生态系统功能的网络指示系统是今后植物功能性状指示研究的发展方向。     

桂林岩溶石山青冈群落主要木本植物功能性状变异与关联

研究植物功能性状变异以及不同性状之间的关系, 有助于了解植物对环境的适应策略, 对揭示群落构建和生物多样性维持机制具有重要意义。本研究以桂林岩溶石山青冈群落18种主要木本植物为研究对象, 采用单因素方差分析、混合线性模型以及Pearson相关分析和主成分分析等方法探讨了不同生长型和生活型物种的9个枝、叶功能性状(叶绿素含量、叶片厚度、叶面积、叶干质量、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)的变异与关联。结果表明: (1) 9个功能性状的变异程度不同, 叶面积和叶干质量的种内和种间变异系数最大, 小枝干物质含量和小枝组织密度的种内和种间变异系数最小。(2)在生长型水平上, 乔木、灌木和木质藤本的绝大部分功能性状差异显著。(3)对于不同生活型植物, 除叶面积和比叶面积为落叶植物显著大于常绿植物外, 其余7个功能性状皆为常绿植物显著大于落叶植物。(4)不同生长型和生活型植物功能性状的种内和种间变异大小存在差异, 除部分植物功能性状在一些功能型上表现为种内变异高于种间变异, 其余功能性状的种间变异皆高于种内变异。(5)各功能性状之间关系在个体水平和物种水平大致相同, 但是个体水平上的显著相关比例高于物种水平。研究发现, 植物功能性状的种间变异基本高于种内变异, 但种内变异不容忽略。此外, 不同生长型和生活型物种采取不同的生态策略来适应喀斯特生境。今后的研究应基于个体水平采样并结合环境因子从生长型和生活型等不同功能型角度上深入探究植物功能性状在种内和种间等不同尺度上的变异与关联。     

Variation and correlation in functional traits of main woody plants in the Cyclobalanopsis glauca community in the karst hills of Guilin,southwest China

研究植物功能性状变异以及不同性状之间的关系, 有助于了解植物对环境的适应策略, 对揭示群落构建和生物多样性维持机制具有重要意义。本研究以桂林岩溶石山青冈群落18种主要木本植物为研究对象, 采用单因素方差分析、混合线性模型以及Pearson相关分析和主成分分析等方法探讨了不同生长型和生活型物种的9个枝、叶功能性状(叶绿素含量、叶片厚度、叶面积、叶干质量、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)的变异与关联。结果表明: (1) 9个功能性状的变异程度不同, 叶面积和叶干质量的种内和种间变异系数最大, 小枝干物质含量和小枝组织密度的种内和种间变异系数最小。(2)在生长型水平上, 乔木、灌木和木质藤本的绝大部分功能性状差异显著。(3)对于不同生活型植物, 除叶面积和比叶面积为落叶植物显著大于常绿植物外, 其余7个功能性状皆为常绿植物显著大于落叶植物。(4)不同生长型和生活型植物功能性状的种内和种间变异大小存在差异, 除部分植物功能性状在一些功能型上表现为种内变异高于种间变异, 其余功能性状的种间变异皆高于种内变异。(5)各功能性状之间关系在个体水平和物种水平大致相同, 但是个体水平上的显著相关比例高于物种水平。研究发现, 植物功能性状的种间变异基本高于种内变异, 但种内变异不容忽略。此外, 不同生长型和生活型物种采取不同的生态策略来适应喀斯特生境。今后的研究应基于个体水平采样并结合环境因子从生长型和生活型等不同功能型角度上深入探究植物功能性状在种内和种间等不同尺度上的变异与关联。     

格氏栲天然林林窗植物群落功能性状的变异

林窗是森林更新演替的重要环节, 揭示林窗环境下功能性状变异来源及其相对贡献, 有助于阐明植物对林窗环境的响应。该研究以中亚热带格氏栲(Castanopsis kawakamii)天然林为对象, 设置9个不同大小的林窗样地, 运用方差分解探讨林窗、物种和个体对叶性状变异的相对贡献, 采用线性回归分析不同大小林窗下群落性状变化及种间和种内性状变异的重要性。研究发现: (1)格氏栲天然林林窗植物比叶面积、叶干物质含量、叶厚和叶绿素含量由种间性状变异主导, 叶氮含量由种内性状变异主导, 叶磷含量受林窗大小影响最大。(2)群落叶磷含量与林窗大小具有显著正相关关系, 土壤温度和水解氮含量对群落叶磷含量具有显著正效应, 土壤有效磷含量具有显著负效应。(3)沿林冠开放度的群落叶磷含量变化主要由种内性状变异引起, 优势种扮演着重要角色。结果表明, 格氏栲天然林林窗环境下植物功能性状仍以种间性状变异为主(平均41%), 但沿林窗环境梯度的群落性状变化主要源自种内性状变异, 通过植物表型可塑性响应环境改变, 优势种作用明显。     

漓江河岸带植物功能性状变异与关联

研究植物功能性状随环境梯度的变异和关联格局, 对于认识不同环境梯度下群落构建和植物适应型具有重要意义。该研究以漓江河岸带不同河段植物群落为研究对象, 调查了研究区内36个样方的物种组成, 测量了样方内42种木本植物的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)和木材密度(WD)的功能性状值, 并运用性状梯度分析法对3个功能性状进行群落内(α组分)和群落间(β组分)组分分解及相关性分析。结果表明: (1)群落平均LA表现为中游最小且和下游差异显著, 群落平均WD则表现为中上游显著高于下游, 群落平均SLA在两两河段间均差异显著。(2)不同河段的3个植物功能性状β组分差异显著且实际观测值均小于随机模拟的零模型分布, 但α组分在河岸带不同河段均差异不显著且3个功 能性状的α组分分布范围均小于β组分, 说明在河岸带不同河段的群落构建过程中环境筛选的作用要大于群落内种间的相互作用。(3)性状SLA与LA在群落间和群落内呈现出实际观测和随机模拟的相关性均较低, 暗示了LA和SLA各自代表了植物在不同生态策略上的维度; 但SLA和WD实际观测值和随机模拟值呈现出较强的负相关关系, 暗示这2个性状对于环境筛选表现出较高的整体趋同适应性, 体现了植物功能性状对群落间环境变异的依赖性大于群落内种间相互作用的依赖性。     

植物功能性状与湿地生态系统土壤碳汇功能

湿地生态系统碳平衡对气候变化极为敏感,是陆地生态系统碳循环响应全球变化的重要环节。然而,湿地生态系统碳汇调节机制仍不十分清楚,并且对影响因子的研究多集中在非生物因子上。综述了植物功能性状和功能性状多样性对湿地生态系统土壤碳汇功能的影响,阐明了生物因子对生态系统碳循环响应全球变化的重要性,介绍了植物功能性状对生态系统碳输入和输出过程的影响,简述了植物功能性状多样性的研究现状及其在指示生态系统碳汇功能现状和预测未来趋势等方面的应用。从优势植物、植物种间关系和植物-微生物种间关系3方面总结了植物功能性状多样性直接和间接影响生态系统碳循环的途径。展望了植物功能性状和功能性状多样性与湿地生态系统土壤碳汇功能的研究前景。     

植物功能性状研究进展

植物功能性状是指植物体具有的与其定植、存活、生长和死亡紧密相关的一系列核心植物属性,且这些属性能够显著影响生态系统功能,并能够反映植被对环境变化的响应.越来越多的研究表明,相比大多数基于植物分类和数量的研究,植物功能性状在种群、群落和生态系统尺度上,都已成为解决重要生态学问题的可靠途径.本文回顾了植物功能性状研究的发展历程,总结了近10年来基于植物功能性状研究的前沿科学问题,包括功能性状的全球分布格局和内在关联,沿环境梯度的变化规律,功能多样性的定义及应用,与群落物种共存机制和群落动态变化的关系,与系统发育的关系,对生态系统功能的影响以及对各类干扰的影响和响应.尽管功能性状研究已经延伸到生态学领域的各个方面,有力推动了各个前沿科学问题的研究发展,仍然有很多值得关注和着重研究的方向.本文也对未来基于植物功能性状的研究,从性状测量和选取、研究方法以及研究方向上提出了展望,并指出,在当前全球气候变化背景下,功能性状也可应用于指导生物多样性保护和生态系统管理政策的制定.     

黔中喀斯特山区植物功能性状的变异与关联

认识植物功能性状随演替进展的变化规律和不同性状之间的关系, 有助于从功能生态学的角度来理解群落演替。该文调查了位于贵州省中部的普定县喀斯特山区26个样方的物种组成, 这些样方分别处于灌丛、落叶阔叶林、落叶常绿混交林3个演替阶段; 测量了分布于该区域的82种木本植物的3个功能性状值(叶面积、比叶面积、最大高度); 根据物种在样方中的多度加权计算得到26个样方的性状平均值, 在此基础上分析了随演替进展植物功能性状在群落水平上的变异格局和不同性状之间的相关性; 采用性状梯度分析法分析了各阶段优势物种的功能性状在群落间(β组分)和群落内(α组分)的变异格局及相关性。结果表明: 1)沿灌丛→落叶阔叶林→落叶常绿混交林这一演替顺序, 群落平均叶面积和平均高度逐渐增加, 而群落平均比叶面积则逐渐变小; 2)就群落平均性状值而言, 叶面积与最大高度呈较强的正相关关系, 最大高度与比叶面积、叶面积与比叶面积均呈较强的负相关关系; 3)物种功能性状的α组分之间没有显著的相关关系, 而β组分之间相关性显著。这说明: 随演替的进展, 群落优势物种对环境的适应策略由高速生长转向提高资源利用效率, 而同一群落内共存的物种采取不同的性状组合来适应共同的群落环境。     

Contribution of plant traits to the explanation of temporal variations in carbon and water fluxes in semiarid grassland patches

准确预测异质性景观碳水通量的时空变化,对于综合理解气候变化和植被动态对景观和区域碳水循环的影响至关重要。本研究通过野外观测试验来探究草地斑块碳水通量的季节变化及其与非生物和生物因子之间的关系。在生长季通过密闭同化箱法测定了三个类型草地斑块的日间碳水通量(包括生态系统净交换、总生态系统生产力、生态系统呼吸和蒸散发),同时测定了关键植物性状指标,并计算性状加权平均值和功能分异度。研究结果表明,碳水通量的时间变化受气象因子、土壤因子和群落功能性状的影响。考虑植物功能性状加权平均值和功能分异度可以极大地提高景观尺度碳水通量变异的解释度。比叶面积和叶片δ¹³C含量是影响气体通量变化的重要性状指标。群落加权平均值对碳通量的预测能力优于功能分异度,而功能分异度对蒸散发的解释度更高。我们的研究结果表明,生物量比假说和互补效应假说互不排 斥,但两者对不同的生态系统过程的相对重要性不同,群落功能性状对半干旱草地碳水通量时空变化的机理解释和模型预测具有重要作用。     

植物性状研究的机遇与挑战:从器官到群落

植物性状(Plant trait)或植物功能性状(Plant functional trait)通常是指植物对外界环境长期适应与进化后所表现出的可量度、且与生产力优化或环境适应等密切相关的属性。近几十年来,植物性状研究在性状-生产力、性状-养分、性状间相互关系、性状-群落结构维持等方面取得了卓越成就。然而,由于大多数性状调查都是以植物群落内优势种或亚优势种为对象,使其在探讨群落尺度的性状-功能关系、性状数据如何用于改进或优化模型、性状数据如何与遥感连接等问题时,存在空间尺度和量纲不匹配的极大挑战。为了破解上述难题,亟需发展新的、基于单位土地面积的群落性状(Community trait)概念体系、数据源和计算方法等,推动植物性状数据与快速发展的宏观生态学新技术(遥感、模型和通量观测等)相结合,既拓展了植物性状研究范畴,又可推动其更好地服务于区域生态环境问题的解决。所定义的群落性状(如叶片氮含量、磷含量、比叶面积、气孔密度、叶绿素含量等),是在充分考虑群落内所有物种的性状实测数据,再结合比叶面积、生物量异速生长方程和群落结构数据等,推导而成的基于单位土地面积的群落性状。受测试方法的影响,传统的直接算术平均法或相对生物量加权平均法所获得的群落水平的植物性状(如叶片氮含量g/kg或%),虽然可以有效地探讨群落结构维持机制,由于无法实现对群落性状在量纲上向单位土地面积转换,使它很难与模型和遥感数据相匹配。基于单位土地面积的群落性状,可在空间尺度匹配(或量纲匹配)的前提下实现个体水平测定的植物性状数据与生态模型和遥感观测相联系,更好地探讨区域尺度下自然生态系统结构和功能的关系及其对全球变化的响应与适应。同时,它也可更好地建立群落水平的性状-功能的定量关系(非物种水平),为更好地探讨自然群落结构维持机制和生产力优化机制提供了新思路。     

黄土高原典型小流域草地群落功能性状对土壤水分的响应

植物功能性状可以响应生境的变化并决定生态系统的功能,探究植物功能性状间的关系及其随土壤有效水分梯度的变化规律,对认识不同水分条件下植被在群落水平碳水代谢关系和维持水分平衡的生理生态学机制具有重要意义。以甘肃定西典型半干旱黄土小流域草地群落为研究对象,采用排序分析和回归拟合方法,分析了30个代表性草地样地中7个植物功能性状加权均值对土壤有效水分的响应以及响应性状间的相关关系。结果显示:(1)7个性状中,除叶宽与土壤有效水分无明显相关外,叶长、株高、叶面积、比叶面积、叶厚和叶干物质含量均与土壤有效水分显著性相关,可识别为草地在群落水平对土壤水分的响应性状。(2)草地群落通过降低株高,减小叶长、叶面积和比叶面积,增加叶厚和叶干物质含量以适应土壤有效水分减少;其中叶干物质含量的解释度最大,是土壤水分的最优响应性状。(3)除叶厚与叶长无显著相关外,其余功能性状均存在显著相关,说明草地群落的功能性状在土壤水分梯度上已基本形成了一个相互权衡或协同变化的功能性状组合。