中国东部南北样带森林植物叶片和细根功能属性的纬度变化研究

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随着全球变化与植被关系研究的深入,植物功能属性作为连接植物形态、结构与生态系统功能的桥梁,已逐渐成为现代生态学研究中的热点问题。叶片和细根分别作为植物地上和地下部分重要的资源获取器官,其功能属性沿环境梯度的变化规律能够反映植物资源利用策略及对环境变化的适应性。目前有关植物功能属性空间变化的研究大多集中在地上部分,而对于地下部分的研究相对较少,并且多局限于物种水平。  本研究以中国东部南北样带(NSTEC)为研究平台,沿纬度从南到北依次选取尖峰岭、鼎湖山、九连山、神农架、东灵山、长白山、凉水和呼中共9个典型的森林生态系统为研究地点,通过野外调查、采样并结合室内测定,获取了叶片形态、气孔和细根(即植物根系中最末端的1级根)的功能属性数据,从物种和群落水平阐明了植物功能属性的纬度变异性及其控制因素,同时构建了气孔属性与生态系统功能的生理生态学联系,并探讨了细根属性的进化格局。本研究的主要结论如下:  (1)847种植物的叶片面积(LA)、叶片厚度(LT)、比叶面积(SLA)和叶片干物质含量(LDMC)的平均值±标准误分别为2860.01±135.37 mm2、0.17±0.003 mm、20.15±0.43 m2 kg-1和316.73±3.81 mg g-1。在物种水平上,随着纬度增加,SLA逐渐增加,LDMC降低,而LA和LT变化不明显(R2=0.02-0.06),这主要与不同植物功能型之间叶片形态属性的差异有关;在群落水平上,叶片形态属性的群落加权值表现出了明显的纬度变化趋势(R2=0.46-0.71),主要受到了气候因素和土壤N含量的影响。  (2)760个物种叶片的气孔密度(SDL)和气孔长度(SLL)的平均值±标准误分别为219.5±0.56 stomata mm-2和28.16±0.40μm。叶片SDL和SLL沿纬度的变化趋势较弱(R2=0.07-0.08),主要与不同植物功能型之间气孔属性的差异有关;而群落气孔密度(SDC)和长度(SLC)随着纬度增加均呈现明显降低趋势,主要受到年均温变化的驱动。在物种水平和不同植物功能型中,SDL与SLL之间为显著的负相关;而在群落水平上,SDC与SLC则表现为正相关关系。样带尺度上的生态系统初级生产力(NPP)与SDC紧密相关,并且SDC可以解释NPP51%的空间变异性。  (3)253种植物细根的形态属性中,根直径(RD)、比根长(SRL)和组织密度(RTD)的平均值±标准误分别为0.26±0.01 mm、133.60±5.39 mg-1和212.41±4.22 kg m-3;化学属性中,根碳含量(RC)、根N含量(RN)和C∶N的平均值分别为515.67±4.53 mg g-1、19.59±0.37 mg g-1和28.79±0.56。整体而言,细根形态属性的变异性高于化学属性。除RC之外,细根的其他属性均受到了系统发育的显著影响(P<0.05)。细根的形态和化学属性随着纬度的变化趋势不明显,其变异性主要受到物种系统发育的影响,解释了总变异的18.2-48.5%。距今132-6百万年前,随着进化时间的推进,RD变细,SRL增加,而RTD和根的化学属性没有表现出显著的进化格局(P>0.05)。
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