秦岭太白山植物地上/地下器官的功能性状及其关联关系

As the bridge between plant and the external environment, plant functional traits have been a hot issue in current ecological studies. However, the majority of studies only focus on the aboveground organs and are limited to the species level, the variations in the whole-plant traits and community functional structure are poorly understood. In this project, we will conduct a study along an altitudinal transect on the northern slope of Mt. Taibai, Qinling Mountains, which includes deciduous oak forest, birch forest, coniferous forest and alpine shrub and meadow. Through systematically investigating the above- and belowground functional traits (including morphological, chemical and physiological traits of leaves, twigs, branches, absorptive and transport fine roots) of the dominant species, we aim to (i) address how the plant above- and belowground traits vary along the environmental gradients from the species and community levels, respectively; (ii) quantify the effects of the phylogenetic, climatic and soil factors on trait variation; (iii) explore the mechanism underlying the trait relationships between above- and belowground organs. These results will not only provide scientific basis for evaluating vegetation dynamics under the background of global change, but also help to establish the datasets of key parameters in typical ecosystems.

植物功能性状作为连接植物和外界环境的桥梁，已成为现代生态学研究中的热点领域。然而，有关森林植物功能性状的研究多局限于地上器官和物种水平，缺乏对植物功能性状的整体认识及对群落功能结构的探讨。本项目拟以秦岭主峰太白山北坡为研究地点，沿海拔梯度选取落叶栎林、桦木林、针叶林和高山灌丛草甸带的优势物种，通过野外取样、室内测定获得叶片、小枝、茎干、吸收根和运输根的形态、化学及生理特征，旨在从物种水平和群落水平阐明植物不同器官功能性状沿环境梯度的变化规律，量化物种系统发育历史、气候和土壤因子对功能性状变异的影响，探讨植物地上/地下器官功能性状的内在关联机制，从而系统揭示植物群落对环境变化的适应策略。研究结果将为科学预测全球变化背景下植被的动态变化提供理论依据，同时也为构建典型生态系统关键参数的数据集提供数据支撑。

植物功能性状不仅反映植物对生存环境的适应和响应，而且能够强烈影响生态系统功能，是生态学重要研究领域。然而，大多数研究局限于植物地上器官，地下器官的研究相对滞后。此外，叶片性状之间的关联关系已经得到较为广泛地论证，但地上/地下不同器官之间功能性状的内在关联机制仍存在较大争议。最后，大多研究结果多是基于植物个体或物种水平，缺乏对群落功能结构的探讨。因此，本研究以太白山北坡植被垂直带为研究地点，采用野外调查取样和室内分析相结合的手段，获得了叶片和吸收根的形态、化学和解剖性状数据，试图阐明植物地上/地下器官功能性状的变异规律及其群落构建机制。本研究得到以下主要结论：.（1）与低海拔植物相比，高海拔地区的植物叶片具有较低的叶脉密度，高的叶脉直径和解剖特征值（如栅栏组织和海绵组织），以及高的叶片养分重吸收效率。然而，乔木植物吸收根的形态性状随海拔梯度均无明显变化，但灌木植物吸收根在桦木林带则表现为较低的直径、较高的比根长和根组织密度。物种系统发育因素是大多数叶片和吸收根功能性状变异性的主要驱动力，但叶片氮和磷重吸收效率的变异性主要受气候因素的影响。.（2）在物种和群落水平上均发现吸收根形态和化学指标之间存在相互独立性，支持了根的多维度性假说。同时，二者受到不同的环境选择压力：物种水平上，与根养分特征相比，根直径相关的形态特征更易受到自身系统发育保守性的影响；群落水平上，根形态特征轴主要受温度影响，而养分特征轴主要与土壤磷的利用性有关。.（3）随着土壤肥力的增加，叶片经济学性状（如叶氮含量和比叶面积）和根的组织密度的功能多样性逐渐增加，表现出从性状聚集到发散的趋势，符合胁迫优势度假说。而其他叶片（如叶片干物质含量）和吸收根根性状（如比根长和根氮含量）的变化趋势不遵从其理论。这些结果表明，胁迫-优势假说的成立依赖于性状的选择，根系的组织密度与叶片经济学特征能够反映群落构建过程沿着土壤肥力的变化。