不同功能型植物叶片氮分配的海拔响应研究

Response of leaf nitrogen allocation and partitioning of different functional plant species, including deciduous tree Betula utilis, deciduous shrub Buddleja davidii and deciduous herb Polygonum viviparum which distribute from 2000 m to 3500 m above sea level in Western Sichuan, China, to environmental and biological factors that change with elevation gradients will be studied mainly by the methods of measuring leaf gas exchange and chlorophyll fluorescence and calculating leaf nitrogen allocation and partitioning (PR、PB、PL and PCW). Response of leaf nitrogen allocation and partitioning to elevation gradients of a plant species and the differences of leaf nitrogen allocation and partitioning and its response to elevation gradients of the three different functional plant species will be clarified. The role and contribution of leaf nitrogen allocation and partitioning in forming the response of leaf photosynthetic nitrogen-use efficiency (PNUE) to elevation gradients of different functional plant species will be revealed. The study will provide scientific reference for evaluating the response and adaptation of plants to environmental changes at species and community levels. It will have important scientific significance in the research on the response and adaptation of mountain vegetation to environmental changes.

以川西亚高山分布在海拔2000 m～3500 m的落叶阔叶乔木糙皮桦（Betula utilis）、落叶阔叶灌木大叶醉鱼草（Buddleja davidii）和落叶草本珠芽蓼（Polygonum viviparum）三种不同功能型C3植物为研究对象，基于气体交换和叶绿素荧光测定技术以及叶片氮分配比例（PR、PB、PL和PCW）的计测方法，研究三种植物叶片氮分配对随海拔变化的环境和生物因子的响应特征，阐明不同海拔同种植物叶片氮分配的响应规律和不同功能型植物叶片氮分配及其海拔响应的差异性，揭示不同功能型植物叶片氮分配在其光合氮利用效率海拔响应中的作用和贡献。为评价物种和群落水平上植物对环境变化的响应和适应提供科学参考，同时在探讨山地植被对环境变化的响应和适应方面具有重要科学意义。

川西高山林区特殊的地质历史和复杂的地形地貌孕育了该区丰富的生物多样性和多变的环境条件，是研究高山植物响应和适应环境变化的非常理想的天然场所。目前针对不同功能型(乔木、灌木和草本)植物叶片氮分配比例（PR、PB、PL和PCW）的海拔响应特征的研究较少，本项目选取分布在川西卧龙自然保护区海拔2000m-3500m的乔木糙皮桦（Betula utilis）、灌木大叶醉鱼草（Buddleja davidii）和草本珠芽蓼（Polygonum viviparum）三种不同功能型C3植物为研究对象，基于气体交换和叶绿素荧光测定技术以及叶片氮分配比例的计测方法，研究了三种植物叶片氮分配的海拔变化特征及其对随海拔变化的环境和生物因子的响应与适应。结果显示，珠芽蓼和大叶醉鱼草叶片分配于光合系统中氮比例（PR、PB和PL）显著高于糙皮桦（P<0.001），而分配于细胞壁中的氮比例（PCW）和其他组分的氮比例 (Pother) 正好与之相反，表现为糙皮桦显著高于大叶醉鱼草和珠芽蓼（P<0.001）。不同功能型植物对外界环境的适应采取了不同的叶片氮分配策略，糙皮桦叶片将更多的氮分配到细胞壁中，珠芽蓼叶片将更多的氮素分配在光合系统中，大叶醉鱼草叶片则介于两种植物之间。三种植物叶片光合氮利用效率（PNUE）的大小为珠芽蓼>大叶醉鱼草>糙皮桦（P<0.05）。随海拔的升高，三种植物叶片氮分配比例和PNUE呈现出相同的变化趋势，即PR、PB、PL、PCW和PNUE均呈降低趋势。分析得出导致三种植物叶片PNUE随海拔升高而降低的主要因素为叶片分配于Rubisco的氮比例（PR）和生物力能学组分的氮比例（PB）的降低。随着海拔的升高，植物趋向于将叶片氮素分配到除光合系统和细胞壁外的其他组分中，通过调节叶片氮素在光合系统、细胞壁与其他组分间的分配进而实现植物光合生产能力与光合生产周期间的最优化组合，来适应环境变化，从而最大化光合生产量。本研究可以为评价物种和群落水平上植物对环境变化的响应和适应提供科学参考，同时在探讨山地植被对环境变化的响应和适应方面具有重要科学意义。