毛乌素沙地油蒿群落叶经济谱随固沙阶段的变化及其驱动机制

Leaf economics spectrum (LES) quantitatively describes the relationship of plant functional traits and their resource and environment. LES has become one of the focuses in plant ecology. However, the response of LES to environmental variations in arid and semiarid areas remains largely unknown. Few studies have examined the relative importance of environment and community factors in shaping LES of desert ecosystems. This study is intended to use a combination of in-situ observation and laboratory analysis, to investigate the variation of leaf functional traits and their relationships in Artemisia ordosica communities of different sand-fixation stages in the Mu Us Sandland. This study aims to quantify the changes in LES at different sand-fixation stages, and to reveal the position, shifting direction and amplitude of different species on LES. Finally, this study is expected to reveal the driving mechanism of environment and community factors in shaping LES. We hypothesized that the LES of A. ordosica communities would shift across sand-fixation stages, and that environmental variables are the dominant driving force. We address two specific questions: (1) what is the relationship between leaf functional traits of species across sand-fixation stages, and (2) whether and how to change in LES with different stages? What is the driving mechanism? The results of this study are expected to provide a better basis for vegetation restoration in arid and semiarid areas, and for a better prediction of community succession along desertification reversal.

叶经济谱表征了植物功能性状与其资源环境的关系，已成为植物生态学的研究热点。然而，关于干旱/半干旱地区叶经济谱对环境变化的响应，以及在此过程中环境因子和群落因子的相对贡献尚无定论。本项目拟以毛乌素沙地不同固沙阶段油蒿(Artemisia ordosica)群落为研究对象，通过原位观测和实验室分析，研究群落种间叶功能性状及性状间的协同和权衡关系随固沙阶段的变化特征，阐明不同固沙阶段叶经济谱的动态变化，厘清物种在叶经济谱上的分布位点、移位方向和幅度，进而探明环境因子和群落因子对叶经济谱的驱动机制。研究拟验证假设：不同固沙阶段的油蒿群落叶经济谱存在移位现象，环境因子是其核心驱动力；并回答科学问题：（1）不同固沙阶段的油蒿群落物种间叶功能性状的关系是什么？（2）叶经济谱随不同固沙阶段是否以及如何变化？驱动是什么？研究结果可为干旱/半干旱地区植被的保护和恢复、群落演替方向的预测提供科学支持。

半干旱地区沙丘固定过程中的植物叶性状的动态研究对于揭示该地区沙生植物对环境变化的生态适应策略具有重要意义。本项目依托宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站，在毛乌素沙地沙丘4个不同固定阶段(半固定沙丘、固定沙丘、土壤结皮固定沙丘和草本植物固定沙丘)选择典型沙生油蒿（Artemisia ordosica）群落为研究对象。通过原位观测和实验室分析，研究油蒿植株、功能群和群落水平叶性状随沙丘逐渐固定的变化规律及叶性状间相互关系，阐明了不同固沙阶段叶经济谱的变化，探明了物种和功能群在经济谱上的分布位点和位移方向，进而揭示了影响叶经济谱位移的主要环境因子。结果表明：油蒿植株和群落的叶面积、最大净光合速率在半固定沙丘阶段显著高于其他三个阶段，表明在沙丘固定初期植物倾向于增强光合作用来提高生存能力。随沙丘逐渐固定，油蒿植株和群落水平叶性状在生长繁殖和增强防御能力之间存在一种“此消彼长”的权衡关系。在不同固沙阶段，油蒿叶性状集合和油蒿群落叶经济谱均随环境变化存在极显著差异，且物种在经济谱中的位置也发生改变，其资源权衡策略上存在从“快速投资-收益型”向“缓慢投资-收益型”变化的趋势；但在功能群水平中没有明显变化规律。土壤容重、水分和养分是影响叶经济谱位移的主要环境因子。上述研究结果进一步验证了沙生植物可通过叶性状与叶性状间相互关系优化调整其资源权衡策略，以此来适应环境变化。研究结果可为干旱/半干旱地区植被的保护和恢复、群落演替方向的预测提供科学支持。