植物功能性状权衡关系的研究进展

植物功能性状权衡关系反映了植物在资源获取与分配中采取的不同策略, 是近年来生态学研究的一个热点问题。该综述从研究范围、叶性状、器官和植物类群4个方面入手, 简要介绍植物功能性状关系研究在近10余年是如何在叶经济谱(LES)的基础上逐渐扩展和深入的。1)相关研究拓展到全球更多极端环境与特殊气候地区, 发现在不同的气候环境条件下, 植物叶片功能性状关系相对稳定, 植物种内的功能性状关系已被证实与LES相似; 2)功能性状网络从最初的6个经济性状扩展到叶片的分解、燃烧和水力等性状, 发现叶片的分解速率和可燃性均与叶片形态性状、养分含量等显著相关, 但叶片水力性状与经济性状的关系则取决于所研究的物种及生存环境的水分条件; 3)研究对象从植物叶片拓展到了根、茎、花、种子及植株整体, 叶片的比叶质量与茎的木质密度、种子大小相耦合, 但叶片形态性状与根和花的相关性状却无显著相关关系, 证明这些器官可能是独立进化的; 4) LES可以很好地解释特殊维管植物的生存适应策略: 入侵植物具有较高的资源利用效率和更快的相对生长速率, 在LES中处于“低投入-快速回报”的一端; 食虫植物的叶片特化为捕食器官, 光合作用及生长速率相对较低, 居于LES “高投入-缓慢回报”的另一端, 此外, 无论是最古老的种子植物苏铁属(Cycas)植物, 或是蕨类和变水植物(苔藓和地衣), 其功能性状关系都与LES大致相同。该文梳理了功能性状关系研究的进展脉络, 提出了一些建议, 期望为未来植物功能性状关系研究的选题和发展提供一些参考。     

植物叶片水力与经济性状权衡关系的研究进展

叶片既是植物光合产物形成的主要场所, 又是整株植物的水力瓶颈、应对灾难性水力失调的安全阀门, 是植物碳水耦合权衡的重要器官。叶经济型谱反映了叶片经济性状“投资-收益”的权衡, 为验证植物进化过程中形成的物种对策提供了适用的理论框架。叶片水力性状变化会影响叶片经济性状及植物存活和生长。因此, 探索植物叶片水力与经济性状的权衡关系, 对建立植物碳-水耦合模型、揭示植物水-碳投资机理、扩展植物性状型谱等均有重要意义。该文首先综述了叶片水力性状、经济性状及两者之间的权衡关系, 分析了叶片导水率与水力脆弱性、失膨点水势、水容、安全阈值等水力性状以及与叶片的形态、结构和气体交换功能性状之间的关系。然后, 从叶片形态、解剖和叶脉网络结构以及气孔功能方面探讨了叶片水力性状与经济性状的调节机制。最后, 提出今后应加强三方面的研究: (1)探索建立植物根-茎-叶水力输导系统的碳-氮-水资源的整株经济型谱, 以揭示植物功能结构耦合、高效固碳用水的生理生态学机制; (2)探索叶片水力安全、水力效率和固碳效率之间的普适性权衡关系, 以深入理解抗旱植物叶片构建的生物物理结构与生理代谢的关系; (3)探索个体水平碳水代谢关系、水分运输与生长速率的耦合, 为代谢推演理论和植物群落尺度预测提供基础。     

叶片水力性状研究进展

叶片水力性状表征了叶片为适应外在环境而形成的水分传输方面的生存策略。叶片水力性状会限制整个植株的水分传输,并影响植物的气体交换及其对干旱的响应,因此关于叶片水力性状的研究已成为植物水分关系领域的研究热点之一。本文概括了叶片水力性状的基本指标(包括叶片整体水力导度(Kleaf)、叶片木质部水力导度(Kxylem)、叶片木质部外水力导度(Kout-xylem)等)和叶片水力导度的5种主要测量方法;总结了叶脉网络结构和环境因素对叶片水力性状的影响、叶片水力性状与叶片功能指标(气孔导度、叶片水势、叶片最大光合速率)的匹配与权衡关系,以及叶片水力性状与植物抗旱性关系的最新研究进展;对今后叶片水力性状的研究提出了两点建议:1)将叶片水力性状与气体交换和叶解剖结构等相结合,构建叶片碳-水耦合模型,揭示叶片应对外界环境变化而采取的生态策略,以及植物的水-碳投资机理;2)开展植株各部分(根-茎-叶)间水分传输的交互作用研究,筛选出水力系统高效安全的物种。     

大针茅草原6种主要植物叶凋落物和根系分解特征与功能性状的关系

开展凋落物分解特征与植物功能性状间的关系研究对于认识生态系统功能的维持机制至关重要。为了阐明不同物种叶凋落物和根系分解的主要影响因素, 该研究以大针茅(Stipa grandis)典型草原的大针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、知母(Anemarrhena asphodeloides)、羊草(Leymus chinensis)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)和黄囊薹草(Carex korshinskyi) 6种植物的叶凋落物和根系为研究对象, 采用凋落物袋法通过501天的野外分解实验对叶凋落物和根系的分解速率常数进行研究, 并测定6种植物的叶片干物质含量、根比表面积、根组织密度以及叶凋落物和根系的碳(C)、氮(N)含量、纤维组分含量等功能性状, 探讨了6种植物叶凋落物和根系的分解特征与其功能性状之间的关系。结果表明, 6种植物叶片和根系性状的种间差异显著, 大部分性状的最大值和最小值的比值在1到2之间, 而个别性状如根系的C:N和根比表面积相差近4倍。叶凋落物和根系在分解过程中质量剩余率与分解速率常数整体变化趋势都表现出前期分解迅速, 中期相对变缓, 后期分解最慢的规律; 并且糙隐子草的叶凋落物和根系分解最慢, 而银灰旋花的叶凋落物分解最快, 知母根系分解最快。通过相关分析和逐步回归分析发现, 在不同分解时期, 叶凋落物和根系的分解过程受到不同性状的影响。结构性碳水化合物含量是叶凋落物前期和后期分解以及根系前期分解的主要影响因素, 非结构性碳水化合物含量则是根系中期和后期分解的主要影响因素; 另外, 叶凋落物在分解中期的分解速率主要受叶片干物质含量的影响, 根系在分解中期和后期的分解速率还分别受到根系C:N和N含量的显著影响。研究结果对于预测大针茅草原的碳和养分循环过程具有重要指导意义。     

科尔沁沙地植物成熟叶片性状与叶凋落物分解的关系

采用室内培养的方法,对科尔沁沙质草地20个主要植物种(10个单子叶植物种和10个双子叶植物种)叶凋落物的CO2释放量和释放速率进行比较,同时测定了20种植物成熟叶片的热值、镁浓度、磷浓度、氮浓度、钾浓度、碳浓度、碳氮比、氮磷比、比叶面积、干物质含量以及叶面积等11项叶片性状,分析20种植物叶凋落物的CO2释放量和释放速率与11项叶片性状的相关关系.结果表明, 20种植物的叶片性状在物种间变异范围很大,大多数指标的最大值和最小值的差异在3倍以上,而个别指标如叶镁浓度差异更大,接近9倍之多.由于本项研究中的20种植物均来自于同一样地,因此认为20种植物的自身性状和遗传特性决定了其叶片性状的变异.20种植物叶凋落物培养28d的CO2释放量平均值为(4121±1713)μg kg-1,释放量最大的是尖头叶藜(8767±177)μg kg-1干土,释放量最小的是马唐(1669±47)μg kg-1,二者相差5倍以上.但20种植物叶凋落物CO2释放速率表现相同的变化趋势,培养初期凋落物分解迅速,后期分解相对缓慢.比较分析发现,双子叶植物和单子叶植物叶凋落物CO2释放量、CO2释放速率,以及成熟叶片的叶氮浓度、叶碳浓度、叶C/N和叶干物质含量之间差异显著.相关分析揭示,20种植物成熟叶片叶氮浓度、叶碳浓度、叶C/N和叶干物质含量与叶凋落物分解过程中的CO2释放量和释放速率之间呈显著的相关关系,说明可以利用成熟叶片的N浓度、C浓度、C/N以及干物质含量间接的预测叶凋落物的分解速率.     

Leaf litter decomposition characteristics and controlling factors across two contrasting forest types

两种不同森林类型叶凋落物分解特征及影响因子研究 叶凋落物分解为森林生态系统提供了重要的能量和养分来源。除传统的环境因素外,叶凋落物的降解过程也受到绿叶功能性状和叶凋落物基质质量的影响。然而,在群落水平上,绿叶功能性状和叶凋落物基质质量对不同森林群落叶凋落物分解的相对重要性仍不清楚。因此,本研究以北京东灵山地区7种典型森林群落类型的混合叶凋落物为研究对象,利用分解袋法通过360天的野外相似环境分解实验对叶凋落物的分解过程进行了研究。这些森林群落包括6种分别以胡桃楸(Juglans mandshurica)、青杨(Populus cathayana)、棘皮桦(Betula dahurica)、白桦(Betula platyphylla)、油松(Pinus tabuliformis) 和华北落叶松(Larix gmelinii var. principis-rupprechtii) 为优势种的单优种群落,以及一种以大叶白蜡(Fraxinus rhynchophylla)、蒙古栎(Quercus mongolica)和蒙椴(Tilia mongolica)为优势种的共优种群落。研究结果表明,不同森林群落之间叶凋落物分解速率存在显著差异。群落聚合的植物功能性状和叶凋落物基质质量分别解释了群落叶凋落物分解速率变异的35.60%和9.05%,两者交互作用解释率为23.37%,表明群落聚合的植物功能性状及其与叶凋落物基质质量的共同作用是影响群落叶凋落物分解速率变异的主要因素。通过冗余分析发现,叶片氮含量、叶干物质含量、叶片单宁含量和比叶面积能显著影响群落叶凋落物分解速率的变异。因此,在对群落水平上叶凋落物分解的研究应该关注群落聚合的绿叶功能性状对分解的影响。     

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。     

环境因子对海岛植物茎、叶功能性状的影响

植物功能性状与环境之间的关系是功能性状研究的重点,海岛作为独特的生态系统,其植物功能性状必然和大陆存在差异。为了明确海岛植被的生态适应机制,该文以平潭岛森林群落为研究对象,通过测定茎、叶10个功能性状,以及地形和土壤9个环境因子,探讨了植物功能性状之间的权衡关系,分析了环境因子对海岛植物功能性状的影响。结果表明:(1)比叶面积(SLA)与叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)呈正相关,与叶厚度(LT)、叶干物质含量(LDMC)、茎组织密度(STD)、叶碳含量(LCC)呈负相关; LDMC与LNC、茎氮含量(SNC)呈负相关; LT与STD呈正相关,与LNC和LPC呈负相关; LPC与LNC、SNC呈正相关;茎和叶C、N含量均呈正相关。(2)土壤有机质和TN是海岛植物功能性状的主要土壤影响因子。然而,由于土壤中磷含量的缺乏,LNC、茎磷含量(SPC)、SNC均与土壤全磷呈正相关; LDMC与土壤全氮呈正相关;STD与土壤有机质呈正相关; SLA随着土壤pH的增加而增加。(3)坡位和坡度是海岛植物功能性状的主要地形影响因子。SLA、SPC随着海拔上升而下降; STD、LDMC随着海拔和坡度增大而增大; LNC、LPC阴坡大于阳坡。该研究为海岛植被修复和重建提供了参考依据。     

三峡水库消落带植物叶片光合与营养性状特征

自2007年三峡大坝试运行以来,其独特的人工水位调度节律给当地的水库消落带生态系统带来了巨大的负面影响。植物功能性状可以反映某一特殊生境植物的生理生态过程特殊性,是指示生态系统结构与功能的有效指标。因此,在三峡水库消落带形成2a后,于2009年调查了消落带的42种适生植物以及对照带33种植物的6个叶片功能性状:最大净光合速率(Amax)、叶片气孔导度(Gs)、比叶重(LMA)、叶片全氮含量(Nmass)、全磷含量(Pmass)和全钾含量(Kmass)。运用标准化主轴回归分析对消落带植物叶片各功能性状之间关系进行分析,并对照全球尺度叶片功能性状数据库,旨在说明反季节淹水对消落带植物叶片功能性状之间关系与全球尺度对比发生了哪些变化。同时,运用成对方差t检验的分析方法,对比了在消落带和对照带都存在的33个种的叶片光合与营养性状之间的差异,以阐明消落带植物对消落带特殊生境的生理响应。结果表明:(1)消落带植物叶片各性状关系呈现出与全球尺度基本一致的格局,表现出植物叶性状之间关系的趋同性;(2)消落带植物Amass、Nmass、Pmass和Kmass显著高于全球尺度,而LMA则显著低于全球尺度。处于驯化阶段的消落带植物各叶片性状处在全球叶片经济型谱"低投入-快速回收"的一端。(3)消落带植物叶片Amass与对照带相比,有显著提高。表明三峡水库消落带植物叶片光合能力得到显著提高,这可能是其适应消落带特殊生境的关键生理生态对策之一。     

上海大金山岛常见木本植物功能性状对生长和死亡的影响

揭示功能性状如何影响关键植物种群特征有助于深化对群落动态的理解。该研究基于上海大金山岛26种常见木本植物5年期(2016–2021年)生长死亡动态的监测数据,通过测量各物种与光、水和养分资源竞争与利用策略相关的9个叶片和木质性状,分析了不同功能性状单独及其综合形成的植物经济谱与物种相对生长率和死亡率的关系。结果显示:叶面积和叶片氮含量与物种相对生长率显著正相关,叶片厚度、小枝密度和叶干物质含量与相对生长率显著负相关。干材密度和小枝密度与物种相对死亡率显著负相关。由9个功能性状构成的植物经济谱可解释物种相对生长率32.8%的变异,但是与相对死亡率无显著相关关系;资源获取型物种比保守型物种具有更高的相对生长率。以上结果表明,植物功能性状是影响植物生长的重要因素,植物经济谱可较准确地预测物种间相对生长率的差异,但对物种相对死亡率的预测较弱。     

植物经济学谱、非经济学谱及其与凋落物分解的关系

陆生植物在长期的进化过程中,普遍形成了以资源投资-收益权衡为基础的一类重要功能性状谱,即植物经济学谱(plant economics spectrum)。植物经济学谱最初发现于成熟植物的器官,它与植物死亡后凋落物分解的关系是近年来研究的热点。植物经济学谱与凋落物分解速率显著相关,但相关性程度在不同研究间存在较大差异,这种差异性却鲜有探讨。近期研究发现,植物中存在一些与经济学谱相对独立的功能性状谱,如水分输导谱和化学防御谱等,我们称之为非经济学谱。本文在综述植物经济学谱与凋落物分解关系的基础上,首次提出从非经济学谱的角度认识不同研究中出现的经济学谱与凋落物分解相关性的差异。我们分别评述非经济学谱中水分传导谱和化学防御谱影响凋落物分解,进而影响经济学谱与凋落物分解关系的可能途径,并对比了根和叶之间在此方面的异同。最后,我们指出了从非经济学谱的角度探索不同研究中经济学谱与凋落物分解相关性的差异时需要关注的一些方向。     

珍珠菜属植物功能性状的趋异分化

明确珍珠菜属植物关键功能性状的种间差异性,有助于揭示珍珠菜属植物的生态适应机制。本研究采用植物功能生态学研究方法,利用同质园栽培实验,量化了同质环境条件下9种珍珠菜属植物根、茎、叶功能性状间的变异及协变关系。结果表明:1)在属级水平上,该属植物10个功能性状变异程度不同。变异幅度最大的为叶面积,其次是比根长,第三是比茎长,最小的是叶碳含量,变异系数分别为75.0%、60.7%、46.5%、3.6%,最大值与最小值相差近21倍。2)黄连花亚属与珍珠菜亚属植物功能性状趋异分化(P0.05),前者形成了比根长、比茎长与比叶面积占优势的功能性状组合,而后者则具有较高的比根密度与叶面积。3) 9种珍珠菜属植物功能性状具有物种特异性,它们的叶面积、比叶面积、叶干物质量、叶碳含量、叶氮含量、叶碳氮比、比根长、比根密度、比茎长和比茎密度均存在显著的种间差异(P0.05)。4) 9种珍珠菜属植物的根、茎、叶功能性状之间存在植株整体协同性。叶面积与比茎长(R~2=0.484,P0.01)和比根长(R~2=0.149,P 0.01)、比茎长与比根长(R~2=0.348,P0.01)相关关系最密切。9种珍珠菜属植物既存在叶经济谱又存在植株经济谱。     

极端干旱区多枝柽柳叶片功能性状及其与土壤理化因子的关系

叶片是植物获取资源的重要器官,研究其功能性状与环境因子的关系,有助于更好地了解植物对环境要素变化的生态适应性。以塔里木盆地北缘不同生境下(绿洲、过渡带、荒漠)典型荒漠植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象,分析其叶片结构和生理性状在不同生境间的差异,建立叶片性状与土壤理化因子的相关关系,解析荒漠植物的生态适应性并揭示影响荒漠植物叶片功能性状的关键环境因子。结果表明：(1)多枝柽柳叶片功能性状具有不同程度的变异,其中叶片面积变异幅度最大(40%),比叶面积、可溶性蛋白含量等变异幅度最小(均为15%)。(2)多枝柽柳叶片厚度和叶片面积等结构性状以及叶片可溶性蛋白、脯氨酸、淀粉含量等生理性状在不同生境中均具有显著差异(P<0.05),其中可溶性蛋白、脯氨酸含量均在荒漠生境中达到最高。(3)多枝柽柳叶片部分功能性状之间存在显著的相关关系,其中叶片厚度、淀粉含量等与叶组织密度呈显著负相关关系(P<0.05),而叶片厚度与淀粉含量之间、可溶性糖含量与非结构性碳水化合物含量之间均呈极显著正相关关系(P<0.01)。(4)通过RDA排序分析发现,土壤速效磷含...     

内蒙古荒漠草原植物叶片功能性状关系及其经济谱分析

气候变化和人为干扰导致草原荒漠化加剧, 引发了严重的环境问题。因此, 对荒漠草原植物与环境变化关系的研究愈加迫切, 分析比较荒漠草原不同功能型物种叶片经济谱具有重要意义。该研究通过测定内蒙古荒漠草原生态系统不同功能型植物叶片的光合及叶绿素荧光参数、比叶面积和叶片氮素含量, 验证了荒漠草原植物叶片经济谱的存在, 明确了各功能型植物叶片性状间的关系及其在叶片经济谱中的位置。荒漠草原不同功能型植物叶片性状差异明显, 草本植物的比叶面积(SLA)、单位质量叶氮含量(N_mass)分别是灌木的2.39倍和1.20倍; 一年生植物单位面积最大净光合速率(A_area)、SLA、光合氮利用效率(PNUE)分别是多年生植物的1.93倍、2.13倍和4.24倍; C₄植物的A_area、SLA、PNUE分别是C₃植物的2.25倍、1.73倍和3.61倍。除A_area与单位面积叶氮含量(N_area)、PSII的实际光化学效率(Φ_PSII)与SLA之间不存在显著相关关系外, 叶片性状间存在广泛的相关关系, 且均达到极显著水平。这验证了叶片经济谱在内蒙古荒漠草原植物中也同样存在。进一步分析表明, 一年生植物、草本植物、C₄植物叶片在叶片经济谱中位于靠近薄叶、光合能力强、寿命短的一端; 而多年生植物、灌木、C₃植物叶片靠近厚叶、光合能力弱、寿命长的一端。这说明荒漠草原中不同功能型植物可通过权衡其经济性状间的关系而采取不同的适应策略, 对于荒漠草原生态系统管理具有重要的理论指导意义。     

Changes in hydraulic traits of nine vascular plants from different evolutionary lineages

维管植物从蕨类植物、裸子植物到被子植物的演化过程中, 生理结构和功能都被认为更趋向于适应干旱的环境。但是关于3类植物是否提升了水分传导和水分利用效率的研究目前多基于叶脉和气孔的形态结构推断, 而对水分传导速率的直接测量则集中于被子植物内部。因此, 同时测定3类植物叶片和枝条尺度的水力性状, 可以研究维管植物水力性状的演化趋势和协同演化关系。该研究测定了中国科学院华南植物园内的蕨类植物(芒萁(Dicranopteris pedata)、华南毛蕨(Cyclosorus parasiticus)、乌毛蕨(Blechnum orientale)), 裸子植物(罗汉松(Podocarpus macrophyllus)、竹柏(Podocarpus nagi)、落羽杉(Taxodium distichum))和被子植物(海南木莲(Manglietia fordiana var. hainanensis)、东京油楠(Sindora tonkinensis)、羊蹄甲(Bauhinia purpurea))共9种植物的水力结构与功能的相关性状。发现9种植物从原始到更演化物种的枝条比导水率(K_S)、叶片比导水率(K_L)和叶片水力导度(K_leaf)依次升高; 叶片蒸腾速率(E)和潜在水分利用效率(WUE_i)升高趋势不显著; 气孔面积指数(SPI)和木材密度(WD)在3个类群间无明显变化趋势。水力功能性状在枝条(K_S)和叶片(K_L、K_leaf和E)尺度显著相关, 但和两个结构性状并无显著相关性。对显著相关的性状进行系统发育独立差分析发现相关性依然存在, 表明枝条导水和叶片导水、叶片失水的协同性独立于系统发育而存在。该文以9种维管植物为例, 发现演化过程中水分传导相关的功能性状有显著提升, 且导水和失水的性状存在着协同演化关系。上述维管植物水力性状演化趋势的结论需要对更多物种、更精细的水力结构性状的进行测定验证。     

九种维管植物水力性状的演化趋势

维管植物从蕨类植物、裸子植物到被子植物的演化过程中, 生理结构和功能都被认为更趋向于适应干旱的环境。但是关于3类植物是否提升了水分传导和水分利用效率的研究目前多基于叶脉和气孔的形态结构推断, 而对水分传导速率的直接测量则集中于被子植物内部。因此, 同时测定3类植物叶片和枝条尺度的水力性状, 可以研究维管植物水力性状的演化趋势和协同演化关系。该研究测定了中国科学院华南植物园内的蕨类植物(芒萁(Dicranopteris pedata)、华南毛蕨(Cyclosorus parasiticus)、乌毛蕨(Blechnum orientale)), 裸子植物(罗汉松(Podocarpus macrophyllus)、竹柏(Podocarpus nagi)、落羽杉(Taxodium distichum))和被子植物(海南木莲(Manglietia fordiana var. hainanensis)、东京油楠(Sindora tonkinensis)、羊蹄甲(Bauhinia purpurea))共9种植物的水力结构与功能的相关性状。发现9种植物从原始到更演化物种的枝条比导水率(K_S)、叶片比导水率(K_L)和叶片水力导度(K_leaf)依次升高; 叶片蒸腾速率(E)和潜在水分利用效率(WUE_i)升高趋势不显著; 气孔面积指数(SPI)和木材密度(WD)在3个类群间无明显变化趋势。水力功能性状在枝条(K_S)和叶片(K_L、K_leaf和E)尺度显著相关, 但和两个结构性状并无显著相关性。对显著相关的性状进行系统发育独立差分析发现相关性依然存在, 表明枝条导水和叶片导水、叶片失水的协同性独立于系统发育而存在。该文以9种维管植物为例, 发现演化过程中水分传导相关的功能性状有显著提升, 且导水和失水的性状存在着协同演化关系。上述维管植物水力性状演化趋势的结论需要对更多物种、更精细的水力结构性状的进行测定验证。     

新疆准噶尔荒漠植物叶片功能性状的进化和环境驱动机制初探

植物功能性状是由遗传因素和环境条件共同决定的。剖析各因素对植物性状变异的相对影响,对揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。作者以干旱区植物为研究对象,定量化分析了植物叶片功能性状变异及其与环境梯度的关系。研究区域位于中国新疆准噶尔盆地及其周边区域。在30个样地中,观测了110种植物的叶比重、叶片单位质量氮含量和单位面积氮含量以及叶片干物质含量,通过插值法获得每个样地的生物气候数据。结果表明:物种水平上叶片性状(性状值为每个物种的实际观测值)的变异在很大程度上由植物进化背景所决定,气候因子和功能群的作用次之;在群落尺度上(性状值为每个样地的权重和),叶比重与气候干旱程度呈正相关,单位质量氮含量在水热组合最优的区域出现最大值,而叶片干物质含量和单位面积氮含量与气候因子的相关性较小。叶比重是群落尺度上探讨叶片功能性状与环境梯度关系的一个合适的指标。此外,在研究植物性状-环境关系过程中,尽可能观测多个植物功能性状是必要的。但是,只有排除植物系统背景的影响,关于植物性状-环境关系的研究结论才可能接近真实情况。将来应该加强同一种内不同种群间的叶片性状的采样和分析工作。     

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...     

喀斯特弃耕地草本植物根茎叶经济型谱间协调及其对极端降雨的响应

植物功能性状之间的关系是反映植物在资源获取和资源保守策略之间权衡的有力指标。喀斯特是全球最脆弱的陆地生态系统之一,其中的植被长期遭受干旱的胁迫,对极端天气和极端降水高度敏感。在降雨极端化的背景下,喀斯特地区植物生态策略的变化还不得而知。以西南喀斯特弃耕地演替初期群落中12种草本植物为对象,通过保持年降水量不变,人为控制单次降水量以及降水频率,以自然降雨为对照组(CK),设置中雨频率增强处理组(T10),大雨频率增强处理组(T25)和暴雨频率增强处理组(T50)3个处理组。模拟在全球变化导致的降雨极端化情境下,研究植物根茎叶功能性状的响应特征及经济型谱之间的关系。主要结果如下:(1)根茎叶的功能性状对降雨极端化的响应不同,其中根的理论导水率随着降雨极端化增强而增加,而茎和叶的理论导水率仅在T25增加,根茎叶三种器官中对降雨极端化最敏感的是茎;(2)根茎叶各器官均有自身稳定的"快-慢"经济型谱。降雨极端化仅T50的植物会选择介于资源获取和资源保守策略之间稳定的经济型谱;(3)不同植物器官之间的经济型谱的协调并不一致,其中茎根经济型谱之间的相关系数在三个处理组中均变大,而叶根经济型谱之间的相关系数仅在T25变大,叶茎经济型谱之间的相关系数仅在T10变大。总之,喀斯特弃耕地演替初期群落中草本植物的根茎叶有自身稳定的经济型谱,降雨极端化导致了以根茎叶经济型谱所反映的植物地上和地下资源保存和获取策略的解耦;本研究中的植物最容易发生功能性状变异的器官是茎。本研究提高了对植物不同器官各功能性状之间关系和植物地上与地下部分关联性的理解,揭示了植物不同器官的"快-慢"植物经济型谱以及由此反映的植物适应能力的差异和功能策略的多样性,促进了对植物资源获取与环境响应策略的深入认识,为预测未来气候变化背景下喀斯特弃耕地草本植物的适应趋势和响应策略提供了新见解。     

热带季雨林不同小生境大戟科植物幼树的叶片结构、耐旱性和光合能力之间的相关性

植物的叶片结构和功能性状受到自身、环境和系统发育的影响。该研究选取西双版纳20 hm²热带雨林动态监测大样地内18种分布格局不同的大戟科植物, 测量了幼树叶片的解剖结构、水分关系特征、最大光合能力和暗呼吸, 主要探讨了叶片结构对植物耐旱性和光合能力的影响, 耐旱性和光合能力之间的权衡关系, 以及环境水分条件对植物功能性状相关性的影响。结果表明: 1)生境内植物表现出一定的结构和功能的趋同性, 分布在山脊和山坡的种比沟谷种具有更强的耐失水能力; 2)去除了系统发育的影响后, 一些关键性状(特别是叶片密度和膨压丧失点时的水势、饱和渗透势等)之间存在跨生境尺度上的相关关系, 植物叶片结构同时影响了植物的耐失水能力和光合能力, 植物叶片自身的结构限制导致了植物的耐旱性(高的叶片密度、比叶质量)和光合能力(低的叶片密度、比叶质量)存在反向进化关系; 3)如果研究的植物类群亲缘关系较近, 传统的Pearson相关分析不能很好地揭示其性状间的相关关系, 因而必须采用系统发育独立对照差作相关分析。大戟科植物的结构和功能在水分梯度和光梯度上的生态位分化也从功能性状的角度为热带季雨林能维持高生物多样性, 保持植物物种长期共存提供了一个可能的解释。