羌塘高原植物功能性状和资源利用对水分与养分的协同适应

It is well known that plant net primary production (NPP) responds strongly on water availability in grassland. However, it is also suggested co-limition by nutrient status. Because nutrient and water availability may co-vary across precipitation gradient, it is difficult to separate their effects independently or inteactively. To better understand geographical distribution of plant community along precipitation gradient, it is of great importance to study how do the relative importance of water and nitrogen limitation vary along the gradient. Some evidence indicates trade-off between leaf water use efficiency (WUE) and photosynthetical nitrogen use efficency (PNUE). However, little is known whether there exist trade-off of WUE and NUE in population and community level. We suppose that NPP is more limited by water in western arid end, while more by nitrogen in eastern wet end in the geographical gradient of precipitation on the Changtang Plateau. There is extensive trade-off between WUE and NUE in different levels from leaf to community. The coordination among plant functional traits and resources use contributes to geographical adaptation of plant communities to water and nitrogen availability. So we measure plant functional traits and resource use strategy along precipitation gradient following the methdology of functional ecology in order to understand the ecological mechanism of plant geographical distriubution pattern. The present study is helpful to understand how plant communities response and adapt environmental change in Tibetan Plateau.

草地植物群落生产力主要决定于水分有效性，同时也受制于养分状况。由于二者同时随降水而变化，很难区分是它们的独立还是共同作用所致。为了揭示植物群落地理分布的生态学机理，亟待研究降水梯度上水分和养分变化是如何对植物群落产生影响的。有研究表明，干旱区植物叶片尺度水分利用(WUE)和光合氮利用效率(PNUE)表现出权衡关系，但种群或群落尺度是否也会因资源有效性差异而出现二者权衡的地理变异尚不清楚。本项目假设羌塘高原自西向东随降水增加，生产力的关键限制因子从水分限制逐渐过渡到氮限制，WUE和NUE呈现权衡，WUE降低，而NUE增加，植物资源利用策略与功能性状对水分和氮变化表现出协同适应。拟从功能生态学途径入手，通过测定植物的功能性状、WUE和NUE随降水梯度的变化，阐明植物功能性状与资源利用策略对水分和养分变化协同适应的生态学机理，对揭示植物地理分布格局及其对环境变化的响应与适应具有重要意义。

草地植物群落生产力受制于水分和养分有效性，为了揭示植物生产力的地理分异机制，亟待研究降水梯度上植物地上地下功能性状、资源有效性变化是如何对植物的水分和养分利用效率产生影响的。本项目测定了羌塘高原降水梯度上草本植物地上-地下性状变异、水分和养分利用效率，分析了水分和氮有效性对高寒生态系统生产力、水分/养分利用效率的影响。研究发现：. 土壤水分含量、土壤氮及其有效性、生产力都随降水的增加而升高。然而，土壤磷含量却随降水的增加而降低。区域气候和土壤环境导致的叶片性状变异大于根系性状的变异。. 随着降水的增加，降水利用效率不断降低。非豆科植物的氮回收效率随降水增加而降低，而除苔草外植物磷的回收效率随降水增加而增加。与氮素相比，降水梯度带磷素更缺乏，生产力更容易受到磷的限制。总体表明，植物养分利用效率随降水增加而增加，同时为单位有效养分生产力的养分利用效率和施肥利用效率所证明。.比叶面积与比根长(SLA-SRL)、单位叶片面积含氮量与单位根系长度含氮量(LNarea-RNlength)均表现权衡关系，在干旱端和湿润端这种权衡关系更为明显，而中间区域养分和水分限制不是很强烈，地上、地下性状更多地表现出协同关系。具体表现为：在干旱端，增加单位质量根系长度(SRL)来提高水分和养分的吸收；而在湿润端则采取增加SLA，维持地上光合生产力的策略。干旱端较高的LNmass和LNarea表明，植物采取养分保守型策略，有利于补偿水分蒸腾导致的气孔关闭，以维持光合速率。. 羌塘高原降水梯度带干旱端和湿润段地上、地下功能性状的权衡促进更有效水分和养分利用策略。在降水梯度带上水分利用效率和养分利用效率也表现出权衡关系：在干旱端表现为较高的水分利用效率，而在湿润端则表现为更高的养分利用效率。因此，羌塘高原植物功能性状与资源利用策略的协同是适应降水梯度上水分和养分变化的重要机制，对揭示植物地理分布格局及其对环境变化的响应与适应具有重要意义。