叶脉结构与功能及其对叶片经济谱的影响

叶脉由贯穿于叶肉内部的维管组织及其外围机械组织构成,多样化的脉序及网络结构使叶脉系统发生变异和功能分化。该文综述了叶脉系统结构与功能的最新研究进展。通过聚焦叶脉分级系统的结构与功能及其在叶片经济谱(LES)中的重要性,解释叶脉性状与其它叶片功能性状之间的关系及机制。不同等级叶脉在机械支撑与水分运输方面存在功能分化,其中1–3级粗脉在维持叶片形状和叶表面积以及物理支撑方面发挥重要作用,有利于维持叶片最大受光面积;4级及以上细脉具有水分调节功能,它们与气孔相互协调,影响叶片水分运输、蒸腾散热和光合作用速率。叶片生长过程与叶脉发育的动态变化模式决定叶脉密度,并影响叶脉密度与叶片大小之间的关系:叶面积与粗脉密度呈显著负相关,与粗脉直径呈显著正相关,而与细脉密度无关。与叶脉性状相关的叶片经济谱框架模型预测,叶脉密度较高的叶片寿命短、比叶重较小,叶片最大碳同化速率、代谢速率以及资源获取策略潜力较高。

亚高山川西云杉林叶片养分重吸收与经济性状的关系及其环境驱动因素

阐明叶养分重吸收与叶片经济性状间的关系对于理解植物的养分吸收与利用策略至关重要;然而,关于叶养分重吸收是否以及如何与叶片经济性状相协调目前仍知之甚少,特别是在由外生菌根(ECM)主导的高寒针叶林中.以青藏高原东缘广泛分布且与ECM高度共生的川西云杉(Picea likiangensis var.balfouriana)为对象,探究17个种群叶氮(N)、磷(P)重吸收效率与叶片形态(厚度、组织密度、比叶面积)和化学性状(N、P浓度)间的协变关系及其环境驱动因素.结果表明:(1)N、P重吸收效率与叶片经济性状沿“叶经济谱”共变,并与叶片厚度、组织密度存在显著的正相关关系,与比叶面积、叶片N和P含量呈显著的负相关关系.这表明在叶片养分吸收与利用中,养分重吸收与叶保守型性状(厚度、组织密度)存在协同关系,而与获取型性状(比叶面积、N和P含量)呈权衡关系;(2)温度是影响N、P重吸收效率和叶片经济性状变化的主导因素,且随着温度降低,N、P重吸收效率和叶片厚度及组织密度均呈显著增加,而比叶面积和叶片N、P浓度则呈显著降低趋势.总体上,本研究表明温度驱动高寒针叶林叶养分重吸收与叶经济性状间的协调关系;上述研究成果有助于丰富和提升对高寒森林碳与养分经济协调性及其驱动机制的认知,同时对于理解和预测气候变化背景下高寒森林的适应性具有重要意义.(图4表2参37)

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(Nmass)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(Aarea)、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Aarea、SLA、PNUE分别是C3植物的2.25倍、1.73倍和3.61倍。除Aarea与单位面积叶氮含量(Narea)、PSII的实际光化学效率(ΦPSII)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。

性状关联跨尺度推演:高寒草甸植物种内及种间性状的协同与权衡

功能性状及其关联可以反映有机体响应环境的生态对策,是探究各生态层次生物与环境相互作用的关键.大量的研究报道了区域至全球尺度上植物种间性状的协同或权衡.基于此,研究者试图推演环境变化下种群、群落至植被的功能结构动态.然而,各生态层次性状关联的主导机理不尽相同.性状关系跨尺度推演的核心在于局域群落种内及种间的性状关联,而相关研究极其缺乏.整合性状关联的机理与群落构建理论,我们推测,与大尺度下生态位特化主导物种性状关联类似,局域群落中多物种共存且生态位分化明显时,种间也应有显著的性状协同与权衡;功能平衡和结构优化主导性状关联时,种内与种间存在一致的协同或权衡关系,可推演至群落水平.以环境差异较小而多物种共存的青藏高原高寒草甸植物群落为例,检验了这些推测.结果表明,在生态位分化明显的高寒草甸,局域群落物种间叶片氮磷含量与比叶面积协同变化(与叶片干物质含量权衡),但大多数种内这两类性状的关联并不显著.无论是种间还是大多数种内,功能平衡下叶片氮磷含量协同变化,结构优化使比叶面积与叶干物质含量呈权衡关系.性状的协同与权衡关系在多性状分析中更加明显.这些结果支持了以上预测,为性状关联的跨尺度推演提供了理论基础和实验依据.