青藏高原东缘草地植物LHS特征的环境响应规律及其群落适应意义

Within plant functional traits, the LHS traits (i.e. specific leaf area, plant height, and seed size) are critically important for they reflecting the adaptive capacity of seed plants in a specific environment as well as the inherent tradeoffs and fundamental life-history strategies in them. This project will be carried out at 100 sites of temperate, subalpine, and alpine grasslands on the eastern Qinghai-Tibet Plateau; and sites will be set according to local elevation, and soil and grassland type. In each site, we will investigate environmental factors (i.e. soil properties, elevation gradients, weather factors and habitat light/temperature/moisture conditions), the structure of grassland community, and the LHS traits and their 13 related traits of each species. Based on these investigations, we will evaluate the responses of the intra- and inter-specific variations in the LHS traits to environmental factors and their connections with species’ phylogeny and LHS-related traits. Moreover, we will test the influences of community structure characters (e.g. species diversity, density, total biomass) and single species’ community traits (abundance, cover, and relative biomass) on community-weighted and single species’ LHS trait values and their responses to environmental factors. From the project, we try to reveal the general patterns about the distribution and variation of the LHS traits for regional grassland plant species and their roles in the composition and dynamics of plant communities, and also to provide useful scientific bases for the distribution pattern and the evolutionary and adaptive strategies of mountain plant species.

Leaf-Height-Seed（LHS）特征（比叶面积、植株高度和种子大小）是种子植物重要的功能特征，它们不但代表着植物在特点环境中的适应性，还反映了植物内在的权衡和最基本的生活史策略。本项目拟在青藏高原东缘沿海拔（即温带—亚高山—高山）梯度并依土壤性质和草地类型多区布样，通过对每一样区环境因子（土壤、海拔、气象和生境光/湿/温条件）、草地群落结构和草地植物LHS及其多种关联特征的测量，在种群和物种水平上研究植物LHS特征对环境因子的响应式样及其与植物自身属性（系统发育和LHS关联特征）的联系，并在群落水平上研究群落结构特征（物种多样性、密度、总生物量）和物种的群落统计特征（多度、盖度和相对生物量）对群落和每一组分种LHS特征的影响及其对环境因子的响应，从而揭示该地区主要草地植物LHS特征的变异规律及其在群落组建中的作用，并为阐明山地地区草地植物分布、适应与进化策略提供可参考的科学依据。

本项目通过群落调查、土壤及气候因子采集以及植物LHS特征（即叶特征-株高-种子大小）测量，重点研究了青藏高原东缘主要植物物种1）种子特征的环境适应规律及进化变异趋势，2）叶特征的环境适应规律及其功能间的权衡，3）LHS特征对植物生活史进程及繁殖策略的影响以及4）LHS特征在群落构建和动态演化过程中的作用。上述研究证实或发现：1）温度是影响叶形态特征的限制性因子，而水分是影响叶生理特征的限制性因子；2）叶柄和叶片之间存在明显的权衡关系，该关系在一维（柄长—叶长）、二维（柄横截面积—叶面积）和三维（柄干重 —叶干重）尺度上分别呈等速、负异速和正异速关系；3）种子扩散方式和光水生态位分化是促进种子大小进化的主导因素，而生活型和繁殖策略是影响种子大小区域分布的重要因素；4）高寒草地LHS特征功能多样性与地上生物量呈明显的非线性关系，该关系在低生物量群落不显著，在高生物量群落呈显著正相关。同时，我们首次提出并应用了系统发育回归树模型，该模型相对于传统的多自变量系统发育模型具有更广的适用范围，可以广泛应用到生物进化和系统发育分析中。通过这些研究，我们揭示了该地区主要植物LHS特征的变异规律及其在群落组建中的作用，并为阐明山地植物分布、适应与进化策略提供了可参考的科学依据。项目已按期完成所有工作内容，成果突出，超过预期目标，截止2021年底，已发表论文17篇，其中SCI论文14篇，总影响因子66（依2021年IF值），中文核心文章3篇。此外，学术会议、国内外交流和人才培养也达到预期目标。同时，后续仍有一些研究成果预计在未来的1-2年内陆续发表。