植物功能性状反映资源获取的权衡机制, 依据性状的组合可将植物划分为资源获取型和资源保守型。氮是植物生长的必需元素, 氮沉降的增加将通过改变生态系统氮循环, 进而对植物性状和资源获取策略产生影响。然而, 有关氮沉降与植物性状和策略的研究多集中于乔木层, 对林下植物群落, 尤其是北方森林中的研究较为匮乏。该研究依托兴安落叶松(Larix gmelinii)林13年的氮添加实验, 从物种和群落水平探讨氮添加对林下植物性状的影响, 并分析植物资源利用策略的变化。研究结果表明, 氮添加促进了获取型植物(如柴桦(Betula fruticosa)和小叶章(Deyeuxia angustifolia))的株高、比叶面积和相对盖度; 而抑制了保守型植物(如越橘(Vaccinium vitis-idaea))的株高、相对盖度和光合速率, 表明氮添加有利于获取型策略植物的生长。在群落水平上, 氮添加显著促进了群落平均性状中的叶氮含量、比叶面积和株高, 显著降低了叶磷含量, 这些群落平均性状的变化主要由种内变异引起。相反, 氮添加并没有显著改变大多数性状的功能分散度, 其变化主要与种间变异有关。更重要的是, 群落性状的变化表明, 氮添加促使北方森林林下植物群落的资源利用策略从保守型转变成获取型。综上所述, 该研究揭示了长期氮添加背景下北方森林林下植物群落资源利用策略的变化及其与植物群落组成和生长响应的关系。

亚热带森林中, 昆虫取食会导致叶片损伤, 但氮磷添加是否能改变幼树的抗虫能力尚不明确。该研究以江西九连山常绿阔叶林的6种优势树种幼树为研究对象, 开展为期8年的氮磷添加实验, 测定不同处理下叶片的植食损伤率、化学计量比、机械抗性及化学抗性, 分析氮磷添加对幼树抗虫性的影响。结果表明, 幼树表现出较强的抗虫能力, 叶片平均植食损伤率为5.4%, 且损伤率不受氮添加、磷添加或氮磷共同添加处理的影响, 但存在显著树种差异, 且喜光树种显著高于耐阴树种。氮添加和氮磷共同添加显著提高了叶片氮含量, 却未显著改变叶片化学计量比; 磷添加显著增加了叶片磷含量并降低了叶片碳磷比。氮磷添加对叶片撕裂力和穿透力无显著影响, 相比之下, 氮添加诱导氨基酸含量显著上升, 磷添加提高了总酚含量, 单宁含量则保持稳定。值得注意的是, 喜光树种因叶片氮含量更高而更易受害, 而耐阴树种则表现出更低的损伤率, 并在机械抗性和化学防御方面更强。综上所述, 亚热带森林幼树通过稳定的物理防御和可塑的化学防御机制, 维持对背景性植食压力的较强抵抗力, 这有助于在全球变化背景下增强群落天然更新的稳定性。

大气臭氧(O₃)浓度升高显著影响植物元素分配, 进而调控凋落物分解过程, 但叶片与细根凋落物的生态化学计量特征如何响应O₃胁迫仍不清楚。该研究旨在揭示O₃升高对叶片与细根凋落物分解过程中碳(C)、氮(N)、磷(P)计量特征的影响及其调控机制。依托北京延庆O₃-FACE平台, 以栾树(Koelreuteria paniculata)和茶树(Camellia sinensis)为研究对象, 设置环境空气(NF)和加O₃处理(NF60, 环境空气+60 nmol·mol^-1 O₃), 开展为期12个月的凋落物分解实验, 测定不同分解阶段(0、1、3、12个月)凋落物C、N、P含量及其计量比(C:N、C:P、N:P)的动态变化。O₃处理显著改变了凋落物初始化学计量特征及分解残留特征。NF60处理下, 栾树凋落叶初始C:N升高7.6%, N:P下降17.7%, 分解12个月后残留率增加10.3%; 而茶树细根P含量上升11.1%, C:P下降14.5%, 表现出器官—物种特异的计量偏移。凋落物残留率与C:N、C:P、N:P显著相关。分解过程中, 两树种的凋落叶N:P均显著升高(栾树: 43.6%-68.0%, 茶树: 52.9%-59.3%), 提示后期P限制增强; 细根亦出现器官特异的N:P上升, 但幅度与处理效果依赖于树种, 与微生物生长速率假说一致。O₃改变了凋落物的化学计量特征, 尤其是C:P平衡, 这可能进一步影响微生物养分获取并减缓碳周转过程; 同时, 凋落叶与细根表现出明显不同的响应模式。栾树凋落叶分解受P限制更明显, 而茶树细根通过P重分配维持较高分解效率。研究揭示了植物器官对O₃胁迫的差异化适应策略, 为全球变化背景下凋落物分解的化学计量调控机制提供了新见解。

以往研究显示生长季不同阶段和枝龄是影响植物枝性状变异的重要因素, 但少有研究探究随生长季阶段和枝龄改变, 植物枝性状以及性状间关系的变化规律。该研究以我国东北典型常绿针叶树种红松(Pinus koraiensis)、红皮云杉(Picea koraiensis)和臭冷杉(Abies nephrolepis)为研究对象, 通过测定生长季前期(7月)、中期(9月)、后期(11月) 3个时期共135株样树当年生和多年生枝的比枝长、枝干物质含量、木质密度、髓面积占比、木质部面积占比、韧皮部面积占比和树脂道面积占比7个性状, 探讨不同生长季阶段和枝龄对枝性状及性状间相关性的影响。结果表明: 在生长季前期, 枝干物质含量和木质密度显著低于生长季中期和后期; 木质部面积占比和韧皮部面积占比随着枝龄的增加而显著增大; 比枝长与枝干物质含量的负相关性仅存在于生长季前期当年生枝中。生长季前期及当年生枝表现为高比枝长和低干物质含量, 这证实生长季前期当年生枝采取“快速投资-收益”型生存策略, 而生长季后期以及多年生枝与之相反, 采取“缓慢投资-收益”型生存策略。研究结果有助于深入了解植物如何通过调控枝性状来适应生境变化。

探究不同季节毛榛(Corylus mandshurica) “小枝系统” (老枝、新枝和叶)的生活策略差异可为野生毛榛的保护和管理提供理论基础, 同时促进对植物多器官联动响应气候变化的理解。该研究以阔叶红松林中灌木层优势种——毛榛为例, 在春(5月)、夏(7月)和秋(9月) 3个季节分别测量了毛榛老枝、新枝和叶的碳、氮、磷、可溶性糖、淀粉、总非结构性碳水化合物、总酚、单宁和类黄酮含量9个性状。结果表明: 除器官对淀粉含量的影响不显著外, 季节、器官及其交互作用对毛榛功能性状均具有较显著的影响。老枝在春季和夏季时, 总酚和单宁含量较高, 秋季时可溶性糖含量较高; 新枝在春季时氮含量较高, 而夏季和秋季时, 其总非结构性碳水化合物、单宁和类黄酮含量较高; 叶在春季和夏季时氮和磷含量较高, 而秋季时类黄酮含量较高。另外, 在春季和夏季, 叶相比新枝和老枝, 其性状相关性网络更复杂; 在秋季时则相反。这反映在毛榛“小枝系统”中, 春季时, 叶和新枝趋向“生长”策略, 老枝趋向“防御”策略; 在夏季时, 叶趋向“生长”策略, 而新枝和老枝趋向“防御”策略。在秋季时, 叶趋向“防御”策略, 新枝和老枝趋向“资源回收”策略。研究结果揭示了毛榛“小枝系统”的生长与防御策略存在差异, 这有利于促进关于植物如何响应环境变化的理论研究向系统化和精细化的方向发展。

油松(Pinus tabuliformis)为中国温带针叶林的建群种和关键物种, 具有较强的环境适应能力。研究油松当年生器官(新生器官)和多年生器官(≥1年生, 成熟器官)的叶、枝、根的化学计量特征及其相互关系, 对于深入理解植物种内变异和资源分配策略具有重要意义。该研究选取了中国9个地区的天然油松林, 测定了81株油松的当年生叶、多年生叶、当年生枝、多年生枝、吸收根和运输根的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量。结果表明: (1)当年生器官的N和P含量高于多年生器官, 而多年生器官的C:N、C:P和N:P比值则高于当年生器官。不同年龄组之间, 各器官的化学计量特征表现出不同程度的种内变异, 且器官年龄是决定变异的主要因素。(2)标准主轴回归分析显示, 相较于当年生叶, 多年生叶的P含量更高; 相较于多年生枝和运输根, 当年生枝和吸收根的C、N、P含量更高。(3)油松吸收根的C、N、P含量显著高于当年生叶和当年生枝。(4)冗余分析表明, 影响当年生叶和多年生叶化学计量特征的主要环境因子分别为年平均气温和土壤P含量; 对当年生枝和多年生枝化学计量特征影响最大的环境因子分别为年降水量和土壤P含量; 而影响吸收根和运输根化学计量特征的主要环境因子分别为土壤含水率和土壤N含量。该研究揭示了油松不同年龄组叶、枝、根的资源分配策略及其环境适应性。该研究结果表明, 在研究常绿树种化学计量特征时, 应充分考虑各器官的年龄差异, 这对阐明其养分分配和环境适应策略至关重要。

为明确不同树种人工林植物功能性状与碳氮化学计量在林龄梯度下的变化规律及响应机制, 该研究以不同林龄毛白杨(Populus tomentosa)、侧柏(Platycladus orientalis)和国槐(Styphnolobium japonicum)人工林为研究对象, 测定并探究其不同器官功能性状、碳氮化学计量和土壤理化性质的变化及相互关系。研究发现: (1)随着林龄的增加, 3个树种土壤养分、黏粒和粉粒含量均显著增加, 毛白杨土壤全磷含量、侧柏土壤pH减小; (2) 3个树种比叶面积均随林龄增加而显著增加, 比叶质量显著减小。根系碳含量(平均值为36.25%)低于枝条(45.52%)与叶片(44.83%), 叶片氮含量(1.98%)高于根系(1.30%)与枝条(0.64%), 不同器官养分含量与碳氮比随林龄增加的变化因树种而异; (3)毛白杨各器官功能性状间存在协同一致性, 而侧柏叶片与根性状独立演化, 形成策略性解耦; (4)土壤含水量的增加与土壤质地的改善是引起植物性状变化的重要原因; (5)土壤全氮含量与叶片和根系碳含量呈显著负相关关系, 冗余分析表明土壤电导率是影响植物功能性状的显著因子; (6)随机森林分析表明, 影响植物叶片、枝条与根系碳氮比的显著因素包括土壤全磷和黏粒含量、比叶面积、叶干物质量与植物养分含量。研究结果揭示了不同树种在林龄梯度下植物功能性状与器官碳氮分配的差异, 丰富了植物经济谱理论框架。

菌根真菌与宿主植物的碳(C)、氮(N)、磷(P)浓度及C、N、P化学计量特征紧密相关。然而, 亚热带森林中不同菌根真菌树种叶片和细根的C、N、P化学计量特征是否具有显著相关性尚不清楚。该研究依托广东省黑石顶自然保护区森林动态监测样地, 采集81个丛枝菌根(AM)树种和16个外生菌根(ECM)树种的叶片和细根样品并测定其C、N、P浓度, 以期阐明AM和ECM树种叶片和细根的C、N、P化学计量特征有何差异以及AM和ECM树种叶片和细根的C、N、P化学计量比是否协同变化。通过计算Blomberg’s K统计量以检验系统发育信号, 利用线性混合模型检验不同菌根类型树种之间叶片和细根的C、N、P浓度和化学计量比的差异, 利用皮尔逊相关系数检验不同菌根类型树种叶片和细根中C、N、P浓度之间以及化学计量比之间的相关性, 最后利用标准化主轴回归分析不同菌根类型树种叶片和细根之间C、N、P浓度及化学计量比的关系。主要结果: AM树种细根的P浓度高于ECM树种, 但是C:P低于ECM树种。AM和ECM树种叶片和细根的N浓度和P浓度之间, C:N和C:P之间均具有显著正相关关系。AM树种叶片和细根的C、N、P浓度及化学计量比之间都存在显著相关关系, 而ECM树种叶片和细根的N浓度、C:N、N:P之间存在显著相关关系。结果表明菌根真菌定殖会影响植物的化学元素组成及化学计量比, 但是AM和ECM树种叶片和细根间的C、N、P化学计量比都具有显著相关关系。

植物叶片对氮的重吸收能够降低凋落物分解后根系对土壤氮的依赖程度, 但叶片氮重吸收效率是否受叶片初始氮含量、土壤氮含量的调控并不明晰, 这种关系在不同生活型的植物之间是否存在差异也不清楚。该研究沿中国热带亚热带森林样带采集了92种常见木本植物新鲜叶和衰老叶, 进一步整理了全球已发表的54篇相关文献数据, 分析了不同生活型植物叶片氮重吸收效率及其与叶片初始氮含量和土壤氮含量的关系。结果发现: 1)在热带亚热带森林样带和全球尺度上, 常绿木本与落叶木本植物叶片氮重吸收效率无显著差异, 被子植物和裸子植物也无显著差异; 在全球尺度上, 乔木叶片氮重吸收效率显著高于灌木; 外生菌根木本植物叶片氮重吸收效率显著高于丛枝菌根木本植物。2)常绿木本植物、乔木和灌木叶片氮重吸收效率均与叶片初始氮含量显著相关, 被子植物与裸子植物、丛枝菌根与外生菌根木本植物则与叶片初始氮含量无显著相关性。3)常绿木本植物、被子植物和丛枝菌根木本植物叶片氮重吸收效率与土壤氮含量显著相关, 落叶木本植物、裸子植物和外生菌根木本植物则与土壤氮含量无显著相关性。这些结果表明, 植物叶片氮重吸收效率在不同生活型之间存在差异, 这种差异主要受养分获取策略的影响, 这对于揭示不同生活型植物差异化的养分利用策略具有重要意义。

植物元素组成及其化学计量特征对于理解植物养分策略与生态系统生物地球化学循环至关重要。尽管“生物地球化学生态位假说”和“化学计量可塑性假说”已在宏观尺度得到验证, 但在极端胁迫环境中, 特别是在考虑系统发育保守性时, 其适用性仍不确定。该研究采集了金沙江干热河谷区5个地点13种共240个灌木和草本植物叶片样本, 测定了其碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及对应土壤理化性质。通过贝叶斯系统发育线性混合模型等方法, 定量评估了生境因子与系统发育对叶片化学计量特征变异的相对贡献, 并探讨了主要生境因子对叶片养分利用策略的调控机制。结果表明, 生境因子对叶片化学计量特征变异的解释度较低, 其中海拔是叶片C、P含量及C:P、N:P的主要驱动因子, 土壤pH则主导叶片N含量和C:N的变化。系统发育分析显示, 叶片N、P含量及C:N、C:P表现出显著的系统发育信号, 贝叶斯模型结果进一步支持系统发育对叶片化学计量特征的主要影响。除系统发育保守性外, 叶片C含量的差异与植物生活型有关, 而N:P则表现出较高的种内可塑性。总之, 该区域叶片化学计量格局主要受系统发育保守性控制, 并由表型可塑性加以补充。该研究有助于深化对环境胁迫条件下植物多样性维持机制的理解, 同时拓展了区域尺度上植物养分利用策略的相关认识。

植物叶片化学计量特征与其光合作用、水分利用等生理生态功能密切相关。同一生境内不同树种的叶片化学计量特征反映出树木对环境养分资源的差异化利用策略。中国塞罕坝地区广布华北落叶松(Larix gmelinii var. principis-rupprechtii)和樟子松(Pinus sylvestris var. mongholica)人工林, 由于人工林传统经营中养分管理等方面的基础薄弱, 导致目前普遍存在生产力低、生态系统服务功能不强等问题。为了从树木养分利用的视角, 为半干旱区人工营林树种选择、生态系统提质增效提供理论依据, 该研究在塞罕坝地区设置野外调查固定样地, 采集了两种优势树种的叶片和土壤样品, 测定了其碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及其化学计量比, 结合冗余分析和混合效应模型, 解析了两个树种叶片化学计量特征及其环境驱动。结果表明: 1)华北落叶松林土壤C、N和P含量高于樟子松林, 华北落叶松叶片N和P含量以及N含量相关养分计量比的种内变异均高于樟子松, 而叶片C含量低于樟子松; 2)在叶片化学计量特征的环境因子驱动方面, 土壤养分含量的影响力超过了大气水热因子, 土壤总碳含量解释了其变异的57.39%, 其次是年平均气温, 解释了其变异的15.77%; 3)随年平均气温升高, 华北落叶松叶片P含量下降, C:P和N:P显著上升, 而樟子松叶片化学计量特征无显著变化。可见, 塞罕坝地区的樟子松通过保持相对稳定的叶片N-P计量特征, 在适应胁迫环境时遵循“保守型”策略; 而华北落叶松则依赖较高的叶片N、P浓度和C:P、N:P, 呈现随环境条件而变化的“活跃型/获取型”策略。该研究明确了华北落叶松和樟子松叶片化学计量特征的差异, 为进一步开展养分调控树木生长实验, 解析两树种生理生态过程的养分调控机制提供了理论支撑。

酸枣(Ziziphus jujuba)作为典型旱生灌木, 明确其根系功能性状的变异规律以及根系性状与土壤理化性质的关系, 可以增进对植物资源获取策略的理解, 为酸枣灌木丛可持续经营提供科学依据。该研究选择酸枣仁道地药材产区邢台市临城县内24个不同生境酸枣灌木丛为研究对象, 测定酸枣根系形态、构型和化学性状及土壤理化性质, 分析酸枣根系性状在不同生境下的变异规律, 阐明酸枣根经济空间理论及与环境的相互关系。研究结果显示: (1)酸枣根系构型性状(分支比和分支强度)的变异幅度显著高于形态(直径和比根长)和化学(根氮和根碳含量)性状。在种内水平上酸枣根系功能性状存在二维根经济空间。第一维度由比根长(比根面积)与根直径(组织密度)权衡主导, 代表着根从自主觅食策略(发育更高的比根长和比根面积)转变为菌根合作的养分获取策略。第二维度由负相关的根组织密度(直径)与根氮(根碳)含量组成, 代表根系防御与资源获取的权衡维度。(2)土壤环境会影响酸枣根系资源获取情况, 在全磷、全钾或砂粒含量较高, pH、含水量或有机碳含量较低的土壤中, 酸枣根系倾向于自主觅食策略, 相反土壤条件下, 酸枣根系倾向于菌根合作获取资源。(3)冗余分析显示, 土壤含水量(9.29%)、全磷(6.12%)、粉粒(3.87%)与黏粒(2.96%)含量是影响酸枣根系性状变异的主要环境因子。在干旱条件下, 酸枣通过增大比根长与比根面积来获取资源, 在低磷环境下酸枣倾向于增大根直径来增强适应性。酸枣通过根系性状的协同调整实现资源获取与生存防御的平衡, 其策略受环境异质性和长期进化筛选双重驱动。

城市森林是缓解城市热岛效应、提升生态服务功能的重要生态屏障, 其结构与功能备受关注。植物功能性状既可表征植物生态策略, 也是揭示生态系统功能调控机制的重要指标。然而, 现有研究多集中于自然生态系统, 对于城市森林主要树种的生态策略及其生态功能效应仍缺乏深入探索。该研究以北京平原林主要树种刺槐(Robinia pseudoacacia)、杜仲(Eucommia ulmoides)、国槐(Styphnolobium japonicum)、元宝槭(Acer truncatum)、油松(Pinus tabuliformis)和银杏(Ginkgo biloba)为对象, 测定叶片形态、元素、化学防御和水力4类功能性状, 旨在揭示不同树种生态策略差异及平原林性状网络特征。结果表明, 不同树种的叶片功能性状及其生态策略差异显著: 油松比叶面积和膨压丧失点的水势最低, 体现其资源保守和抗旱优先的策略; 元宝槭比叶面积较高且总酚含量最高, 具有快速资源获取与高化学防御的特征; 刺槐氮含量最高, 总酚含量居中, 表现为快速生长和基础化学防御; 国槐磷含量最高, 总酚含量最低, 属于快速生长但化学防御低的类型; 杜仲叶干物质含量和碳含量较高, 偏向资源适度保守和结构性防御的策略; 银杏生长和化学防御相关性状表现为中等偏低, 凸显出均衡生长和化学防御较低的特征。此外, 基于6个树种构建的叶片功能性状网络整体参数(边密度0.37、直径4、平均路径长度1.90、平均聚类系数0.59、模块度0.26)显示网络结构较为简单, 仅以比叶面积为核心枢纽性状连接不同功能模块, 反映了北京平原林“速生高效”导向下的初步功能分化, 但同时也潜藏着生态系统脆弱性的特征。这些结果为理解城市森林树种的功能定位提供了新视角, 并为平原林多功能提升提供了理论依据。

热带亚热带是我国人工林分布的重要区域, 明确该区域内典型人工林林分生物量现状及其影响因子有利于揭示人工林生产力的限制性因素, 为人工林经营管理提供理论指导。该研究以广东省佛山市云勇林场内由杉木(Cunninghamia lanceolata)纯林改造形成的针阔混交林为对象, 对比了恢复初期(8-16年)不同树种配置模式之间人工林植物各器官生物量以及总生物量的差异; 解析了不同树种配置模式下, 土壤理化性质和群落水平植物功能性状的变化; 分析了树种配置模式、土壤性质及植物性状对生物量变异的相对贡献及影响路径, 探讨了南亚热带人工林生物量变化的关键驱动因子。主要结果: 研究发现植物各器官生物量以及总生物量均随树种配置模式的变化而存在显著差异。树种配置模式主要通过调节植物叶片功能性状和土壤养分含量间接影响植物生物量, 其中叶片功能性状对树叶和树枝生物量的影响较大, 而土壤养分含量的差异是导致树干、树根以及总生物量变化的主要因子。具体地, 具有较高叶片氮磷比和叶片功能多样性的树种配置模式群落生物量较高。土壤总磷含量增加对群落生物量的增长具有显著的促进作用, 而土壤总钾含量过多却会抑制生物量的增长。该文初步比较了不同树种配置模式下, 叶片功能性状和土壤理化性质对南亚热带典型针阔混交人工林植被生物量的相对影响, 并解析了各器官及总生物量的关键影响因子, 为南亚热带人工林植被恢复、经营与管理提供了理论支撑。

研究植物功能性状对氮沉降和气温升高的响应对于理解环境变化背景下植物的生长与群落构建具有重要意义。然而, 关于氮沉降与气温升高对群落性状的影响差异与作用机制仍缺乏清晰的认识。为此, 该研究以位于天山南部的巴音布鲁克草原为研究对象, 通过设置氮添加和增温实验(10 g·m^-2和OTC开顶式增温装置), 测定了氮添加和增温对调查群落物种组成和5种功能性状(植株高度、叶面积、叶片碳含量、叶片氮含量及叶片磷含量)的影响, 探究了氮添加和增温对群落性状的影响规律与驱动机制。结果表明: 1)与对照相比, 氮添加后群落水平植株高度、叶片碳含量显著增加, 分别增加52.89%和28.65%, 叶片磷含量显著降低32.23%, 而叶面积和叶片氮含量均无显著变化。对植株高度而言, 氮添加后群落物种周转的相对贡献超过种内变异; 而在叶片化学性状(叶片碳含量、叶片氮含量及叶片磷含量)方面, 种内变异的影响显著大于物种周转。2)在增温处理中, 群落水平叶面积、叶片氮含量和叶片磷含量均显著降低, 与对照相比分别降低44.53%、25.07%、42.06%, 植株高度和叶片碳含量无显著变化。植株高度的变化主要由物种周转和种内变异的共变(covariation)引起; 在叶片形态(叶面积)和叶片化学性状(叶片碳含量、叶片氮含量及叶片磷含量)方面物种周转的影响远大于种内变异。3)增温+氮添加处理中, 群落水平叶片磷含量显著降低52.19%, 高度、叶面积、叶片碳含量和叶片氮含量都无显著变化。植株高度和叶片碳氮磷含量的变化主要受物种周转影响, 而叶面积受种内变异影响。研究表明, 氮沉降和增温可以通过不同的机制改变高寒草地群落的功能组成。氮沉降后, 种内性状变异通过增加个体间的功能差异, 增强了群落对环境变化的响应能力和稳定性; 增温和增温+氮添加条件下物种周转通过改变物种组成, 直接影响群落的物种多样性和结构, 从而显著影响天山高寒草地的群落功能。

研究晋北赖草(Leymus secalinus)草地叶片碳含量(LCC)、氮含量(LNC)与光合特性对不同水平氮添加的响应对于开展氮沉降背景下晋北农牧交错带草地可持续利用有重要意义。然而, 关于氮添加下LCC、LNC与光合特性的饱和阈值是否一致以及相互作用的潜在机制尚不清楚。该研究以晋北赖草草地为研究对象, 设置8个氮添加水平(0、1、2、4、8、16、24、32 g·m^-2·a^-1), 测定赖草叶片形态指标、LCC、LNC、色素含量和光合特性, 并计算氮饱和阈值以及氮响应效率。结果表明: (1)单位叶质量氮含量(LNC_mass)和单位叶面积氮含量(LNC_area)随氮添加水平呈现logistic生长曲线变化, 饱和阈值分别为11.41和7.20 g·m^-2·a^-1。单位叶质量碳氮比(C:N)和单位叶面积碳氮比(LCC_area:LNC_area)随氮添加水平呈幂函数降低。(2)叶片形态指标(叶长(LL)、叶宽(LW)、叶厚(LT)、叶面积(LA))、色素含量(叶绿素a、b、类胡萝卜素和总叶绿素含量)和光合特性参数(净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r))随氮添加水平呈先增加后降低的分段线性模式, P_n的氮饱和响应阈值为16 g·m^-2·a^-1; 而气孔限制值(L_s)和水分利用效率(WUE)则呈相反的变化模式。(3) LCC、LNC和P_n的氮响应效率(NRE_LCC、NRE_LNC、NRE_Pn)随氮添加水平呈指数下降趋势。(4)结构方程模型结果显示, P_n受LCC和LNC间接调控且低氮和高氮添加下的调控机制不同。低氮添加下, LCC和LNC通过调控叶片形态特征介导对P_n的调控; 而高氮添加下, P_n的调控通过LNC调控叶面积和叶绿素含量来实现。研究表明不同水平氮添加下晋北赖草草地植物叶片碳氮含量呈非线性变化, 而叶片光合特性呈线性变化; 低氮添加有利于促进植物叶片碳、氮含量的积累和光合作用的增强。综上, 该研究发现了不同水平氮添加下晋北赖草草地植物叶片LCC、LNC呈非线性响应, 而光合特性呈线性响应特征, 并探究了LCC、LNC对叶片光合的调控机制。

三峡水库蓄水导致大量自然河岸带转变为反季节水位涨落的水库消落带, 形成了局域范围内生境的彻底转变, 对植物性状分化产生重要影响。该研究旨在探讨三峡回水扰动下入库小流域“河岸-消落带”生境转变对适生草本植物功能性状分异的影响及植物的适应策略。该研究以三峡库区入库小流域——白家溪为例, 选取了狗牙根(Cynodon dactylon)、狼杷草(Bidens tripartita)、苍耳(Xanthium strumarium)、水蓼(Polygonum hydropiper)等4种主要适生草本植物为对象, 分析了上游河岸带向下游消落带生境转变中17个植物功能性状指标的空间分异特征, 采用Pearson相关性分析植物各功能性状间的协同演变关联, 利用冗余分析分析生境因子对植物功能性状分异的影响。主要结果: (1)随着自然河岸带向消落带转变, 4种植物形态性状变异明显, 植株高度均增加, 根长变短, 这主要与消落带生境的生长期限制以及植物群落结构相对单一、竞争减弱有关; 同时, 大部分植物叶片厚度增加, 叶面积增大, 主要受夏季消落带干旱环境加剧的驱动; 三峡回水扰动显著增加了物种在局域范围内的形态变异。(2) 4种植物叶片的叶绿素含量和净光合速率在消落带明显高于自然河岸带, 表明植物在消落带生境的生长期限制下可能形成了光合效率提高、生长速度加快的适应策略。(3)在三峡回水的环境筛选作用下, 4种植物形成了独特的“生长-耐旱”的权衡策略, 并表现出明显的趋同适应; 但狗牙根的性状变异性较强, 尤其是其光合性状变异性强于其他3种植物, 表明狗牙根对生境转变具有更强的适应能力; 相比之下, 狼杷草、苍耳和水蓼形成了较为保守的适应对策。(4)冗余分析显示, 4种植物功能性状的变异特征在上游自然河岸带主要与土壤水分含量有关; 而在中游过渡带和下游消落带, 则主要与淹水深度、土壤pH、土壤温度有关, 表明淹水环境差异对植物功能性状的分异起到了促进作用。

该研究旨在揭示纬度梯度下滨海湿地植物根系与土壤生态化学计量特征的变化规律及根系化学计量内稳性, 通过采集我国7个不同纬度(19.87°-41.03° N)滨海湿地的植物与土壤样品, 测定地上部分、根系及土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量, 分析其与环境因子的耦合关系。研究表明, 纬度驱动的环境变化显著影响了土壤养分状况, 高纬度滨海湿地土壤养分含量普遍低于低纬度地区, 杭州湾以北地区的土壤有机碳含量(<11.1 g·kg^-1)、总氮含量(<1.1 g·kg^-1)低于全国平均水平。滨海湿地植物根系C、N、P化学计量特征对纬度变化的响应较为敏感, 其变化与土壤养分状况密切相关且因植物种类而异, 互花米草(Spartina alterniflora)根系C含量与土壤C含量呈极显著正相关关系, 芦苇(Phragmites australis)和海三棱藨草(× Bolboschoenoplectus mariqueter)根系C含量与土壤C含量呈显著负相关关系, 盐地碱蓬(Suaeda salsa)根系的C、N、P含量及其化学计量比均与土壤C、N、P含量及其化学计量比呈显著正相关关系。6种植物根系的化学计量内稳性也存在差异, 其内稳性强弱依次为海榄雌(Avicennia marina) >芦苇>互花米草>海三棱藨草>蜡烛果(Aegiceras corniculatum) >盐地碱蓬。研究结果有助于揭示纬度梯度下植物-土壤系统的养分动态与植物适应策略, 为滨海湿地生态系统植被恢复奠定理论基础。

植物功能性状是指植物形态、结构、生理等方面的特征, 反映植物对环境变化的响应与适应。花是植物的繁殖器官, 其功能性状表征植物对传粉媒介、传粉者的选择以及繁殖过程的碳投资策略。研究表明, 花是由叶片发育而来的变态器官, 但两者在结构和生理性状上的差异研究较少。为了揭示花和叶片功能性状的差异, 该研究以华南国家植物园的24个物种为研究对象, 分别测定花和叶片的形态性状(大小和厚度)、结构性状(花脉直径与密度、叶脉直径与密度、比花重、比叶重和干物质含量)、机械抗性(穿透力、撕裂力)和生理性状(寿命、呼吸速率、蒸腾速率、气孔导度、氮含量和磷含量)。研究发现, 花与叶片碳投资策略存在显著差异。与叶片相比, 花的穿透力、撕裂力和干物质含量为叶片的50.0%、42.9%、30.7%, 且花的蒸腾速率和气孔导度为叶片的73.9%和84.6%。同时, 花大小、花机械抗性均随花脉直径增大而显著增加; 叶片大小与叶片一级脉直径呈显著正相关关系, 叶片机械抗性与叶片末端脉直径呈显著正相关关系。而花寿命与花瓣的呼吸速率、蒸腾速率和气孔导度呈显著负相关关系, 与花机械抗性(即撕裂力和穿透力)、比花重均无显著关系; 而叶片寿命与叶片呼吸速率、机械抗性、比叶重均呈显著正相关关系。该研究通过系统测定花和叶片的功能性状, 探究了植物两类器官结构与功能之间的差异, 揭示了植物在繁殖与生长之间的资源分配权衡, 为国家植物园的物种保护提供科学依据和数据支持。