植物经济谱研究进展

以叶和根经济谱为基础,分析了植物经济谱,并进一步探讨了植物经济谱地上、地下的相关性,同时对其相关性研究进行了评价。基于现有研究成果,笔者针对叶寿命、比叶面积、光合速率、呼吸速率以及氮和磷含量共变,详细阐述了叶经济谱;针对根直径、根干物质含量、比根长、氮和碳含量、水溶性化合物、纤维素和木质素浓度共变,详细阐述了根经济谱。同时,通过对功能性状共变的解析,得出地上、地下部分植物经济谱的相关性。为更好地认知植物经济谱,笔者提出如下建议:增加研究植物经济谱的物种和群落,对全部植物功能性状参数进行分析整合,建立全球植物经济谱模型,探讨环境因子对植物经济谱的影响。对植物经济谱的详细分析和探讨,可为这一新研究方向提供技术支持。

武夷山49种木本植物叶片与细根经济谱

植物经济谱能够阐述维管植物在资源获取和储存之间的权衡策略,为理解生态位分化和物种共存机制等提供科学依据。该研究通过对武夷山49种木本植物的单叶面积(ILA)、比叶面积(SLA)、叶碳含量(LCC)、叶氮含量(LNC)和叶磷含量(LPC)等5个叶片性状以及根组织密度(RTD)、比根长(SRL)、比根面积(SRA)、根碳含量(RCC)、根氮含量(RNC)和根磷含量(RPC)等6个细根性状进行测定,探讨木本植物叶片与细根经济谱是否存在以及常绿和落叶物种间的植物经济谱差异。结果表明:沿着性状贡献率相对较大的PC1轴,能够定义出叶经济谱(LES)、根经济谱(RES)和整株植物经济谱(WPES)。大部分常绿物种分布在经济谱保守的一侧,而大部分落叶物种聚集在获取的一侧。此外,叶片PC1、细根PC1和整株植物PC1的两两得分之间均存在显著正相关关系,常绿和落叶物种具有共同的异速指数,但不存在共同的异速常数。这些结果揭示了亚热带物种叶片与细根的策略遵循着WPES的协调整合,表明叶片、细根以及整株植物之间是采取协同变化的资源策略,而分布于经济谱两端的常绿和落叶物种则是通过不同的方式来构建WPES。

亚热带森林植物的叶片和根系功能性状部分耦合但具有不同的群落性状分布格局

植物的生态过程依赖于叶片和根系的功能运行,但少有研究同时关注这两类性状在群落中的分布格局(CTD)。本文测定了广东亚热带森林44种共生木本植物的16个叶片和根系性状,旨在检验类比的叶片和根系性状是否耦合,是否沿类似的功能性状谱变异,是否表现出类似的CTD,其CTD和群落加权平均性状值(CWM)是否沿环境梯度表现出类似的响应。研究结果表明,叶片和根系性状变异的第一轴均呈显出由资源获取向资源保守变异的经济学谱,但叶片变异的第二轴主要由叶片碳含量表征,而根系变异的第二轴主要由反映菌根协作程度的根系粗细表征。类比的叶片和根系化学性状整体正相关,但形态性状的耦合程度较低。在群落水平上,叶片和根系性状第一轴的CWM均随海拔升高而变得更保守,而第二轴的变化则不一致。随土壤磷含量的降低或钾含量的升高,根系变得更细和在养分性状上更保守,而叶片性状无显著变化。当整合多维性状轴时,叶片性状呈发散格局,且随海拔、土壤磷和钾含量的增加呈收敛趋势;而根系性状呈收敛格局,但沿上述环境梯度呈发散趋势。该研究强调,叶片和根系性状与环境互作的差异可能导致不同的性状分布格局;植物可通过多样的地上和地下功能设计应对环境异质性。

植物生长-耐淹权衡策略及其对河岸带自然恢复的启示

随着国家江河战略的推进,以长江和黄河为代表的河流的退化河岸带生态系统的自然修复已成为一项极具挑战性的任务之一。然而,目前我国对于退化河岸带的生态修复仍未将恢复生态系统过程作为主要目标,因此未能实现生态系统结构和功能的稳定提升预期目标。造成这一现象的根本原因是我们尚未充分了解河岸带自然演替过程中植物适生策略的基本特征及其形成机制,以及其在岸带生态系统自组织过程中所起的关键作用。通过综述植物经济学谱特征、适生策略等方面的研究进展,深入探讨河岸带植物生长与耐淹之间权衡策略的独特性及其形成机制。河岸带植物在适应环境变化过程中,通过调整生存策略,以实现在生长和耐淹之间的资源权衡和优化,这是河岸带系统自组织过程的关键因素。因此,提出了基于植物生长-耐淹权衡策略的河岸带自然修复新思路。同时,进一步提出了基于植物适生权衡策略的河岸带“最小干预”生态修复原则。通过分析植物适生权衡策略及其影响因素,阐明河岸带生态系统自组织过程启动的阈值,从而最大限度地利用生态系统自我恢复能力,实现岸带的生态修复。最后,在探讨河岸带植物适生策略与岸带自然修复之间的关联基础上,对今后河岸带植物适生权衡策略研究以及自然修复的研究和发展方向提出了几点展望。深入探讨河岸带植物的适生策略及其对岸带自然恢复的启示,有助于促进岸带自然恢复,提高岸带的生态系统质量。因此,对于河岸带生态修复具有重要的理论和实践意义。

胡杨枝叶功能性状对地下水位梯度的响应与适应

以塔里木荒漠河岸林建群种胡杨为研究对象,测定胡杨叶厚度(LTS)、叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶组织密度(LTD)与当年生小枝长(TSL)、小枝茎直径(TSD)、叶面积比率(LAR)、叶茎质量比(LSMR)、小枝茎密度(TSWD)、胡伯尔值(HV)等枝叶功能性状,研究地下水位梯度(GWD)上胡杨枝叶性状的变异特征,采用单因素方差分析、Pearson相关与主成分分析,研究胡杨枝叶功能性状间的协调与权衡关系及性状组合,以期从功能性状的角度揭示胡杨适应干旱荒漠环境的生态策略。结果表明:(1)胡杨枝叶性状种内变异较大,变异系数8.61%~59.31%,其中HV变异系数最大(59.31%),LDMC、LAR变异系数较低(8.61%、9.75%),且二者对GWD变化不敏感,保守性较高。(2)方差分析显示,胡杨枝叶功能性状在GWD 1.5 m与4.8 m间差异显著(P<0.05),而LTS、LTD、TSL、HV在GWD≤2.4 m和GWD≥3.5 m之间均差异显著(P<0.05)。(3)相关与主成分分析表明,LA、SLA、LDMC、LTS、LTD、LAR、TSWD、HV可作为反映胡杨枝叶性状特征的重要指标;28对枝叶性状显著相关(P<0.05),其中HV与TSL、TSD分别呈显著负相关、正相关关系(P<0.05),与展叶效率(LAR、LSMR)、LA、LM均呈显著负相关关系(P<0.05);展叶效率(LAR、LSMR)与LDMC呈极显著负相关关系(P<0.01),LA、SLA与TSWD均呈负相关关系,表明干旱区荒漠植物在维持水力-机械安全和碳收益之间存在潜在的权衡机制。研究发现,胡杨采取降低LA、SLA、展叶效率(LAR、LSMR),增大LTS、LDMC、TSWD、HV等一系列有利于减少水分散失、储存资源(养分、水分)和增强抗性的生态策略来适应干旱贫瘠的荒漠环境;植物经济谱同样存在于荒漠生态系统中,随全球变暖与区域水资源短缺,总体上向慢速投资收益的保守型一端转移。

中国温带和亚热带8个树种叶和吸收根协同分解

叶和细根(<2mm)是森林生态系统的分解主体,二者是否协同分解,将极大影响所属植物在生态系统碳(C)循环中的物种效应。已有研究显示,叶和细根的分解关系具有极大的不确定性,认为很大程度上归因于细根内部具有高度的异质性,导致叶和细根在功能上不相似。为此,使用末梢1级根和细根根枝作为研究对象,它们在功能上同叶类似,称为吸收根。通过分解包法,分别在黑龙江帽儿山和广东鹤山,研究了2个阔叶树种和2个针叶树种(共8个树种)的叶和吸收根持续2a多的分解。结果发现,分解速率k(a^(-1),负指数模型)在8个树种整体分析时具有正相关关系(P<0.05),在相同气候带或植物生活型水平上是否相关,受叶的分解环境及吸收根类型的影响;N剩余量整体上并不相关,亚热带树种的叶和细根根枝的N剩余量在分解1a后高度显著正相关,温带树种的叶和1级根的N剩余量在分解2a后显著高度正相关。本研究中,根-叶分解过程是否受控于相同或相关的凋落物性质是决定根-叶分解是否相关的重要原因,其中分解速率与酸溶组分正相关、与酸不溶组分负相关。比较已有研究,总结发现,根-叶分解关系受物种影响较大,暗示气候变化导致物种组成的改变将极大影响地上-地下关系,也因此影响生态系统C循环。

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。