水分可利用性对植物水力性状和经济性状的耦合关系及群落构建的影响

The plant functional traits which related to CO2 and water exchange and light capture are paid close attention, while the coupling relationship between leaf economic traits and hydraulic traits of stem and leaf is still uncertain. On the other hand, exploring how the hydraulic traits influence species distribution is crucial to predict future effects of climate change on species distribution and species composition of community. The present study will focus on the congeneric pairs of woody species with alternative distribution in Quercus wutaishanica forest which are disjunctively distributed on the Loess Plateau and Qinling Mountains and are different in water availability. We will verify the coupling relationship between hydraulic traits and leaf economic traits from the tissue, organ and whole plant level, and the response to water availability of these relationships, and reveal the water adaptation strategy of the plants. Furthermore, the facilitation mechanism of species distribution and coexistence on local scale by the trade-off between hydraulic safety and efficiency as habitat filtering factor will be clarified, and the hypothesis that the relationship between leaf economic traits and hydraulic traits is affected by water availability will be tested. The study will helpful for a more comprehensive understanding of plant carbon and water balance, and plant adaptation strategies, as well as a deeper understanding of the significance of hydraulic traits to community assembly. It can also provide a theoretical basis for the response prediction of climate change and human disturbance on forest vegetation.

与CO2和水分交换以及光捕获有关的植物功能性状倍受关注，但叶经济性状与茎叶水力性状的耦合关系尚不确定。同时，探索水力性状如何影响物种分布，对于更好的预测未来气候变化对物种分布和群落物种组成的影响也至关重要。本项目以水分可利用性有较大差异的黄土高原和秦岭辽东栎林中具有替代分布的木本同属物种对（Congeneric pairs of species），以及跨区域分布的同属共有物种为对象，从组织、器官和整株植物水平探讨茎、叶的多个水力性状之间及其与叶经济性状之间的耦合关系，以及这种关系对水分条件的响应，揭示植物对水分条件的综合适应策略，阐明水力安全和水力效率之间的权衡作为生境过滤因子促进局域尺度上物种分布与共存的机制，验证叶经济性状与水力性状之间的关系受水分可利用性控制的假说。这对于更全面的了解植物的碳-水平衡，进而更深刻的认识植物的环境适应策略及水力性状对群落构建的作用具有重要意义。

植物功能性状是表征植物对环境适应性的关键特征，研究植物经济性状与水力性状的关系以及水力安全与水力效率的权衡在不同水分可利用性梯度上的差异，将有助于理解全球气候变化背景下植物群落的构建机制。本研究选取了水分可利用性有较大差异的黄土高原和秦岭地区的辽东栎林为研究对象，通过对这两类群落木本同属物种对（Congeneric pairs of species）的茎、叶水力性状（包括结构的和生理的）与叶经济性状的研究，并结合土壤因子数据，在多个层次上探讨了水力性状和经济性状之间的权衡关系及对物种分布和群落组成的影响。研究发现，黄土高原和秦岭地区同属植物功能性状的差异主要集中在水力性状上，在水分可利用性较低的黄土高原地区，物种往往具有较大的水力效率。对于水力性状与经济性状的关系，我们发现植物为了适应较低的水分可用性，协调各种资源，叶经济性状与水力性状之间的关系更为紧密。此外，在水分可用性较低的温带森林中，以水力学性状为基础的群落构建过程发生了强烈的环境过滤，同属物种之间的水力效率和安全之间有一个显著的权衡。这些结果表明，水力和经济性状、水力效率和安全性之间的关系在限制物种跨区域分布方面发挥了重要作用。本研究结果对于更全面的了解植物的碳-水平衡，进而更深刻的认识植物的环境适应策略及水力性状对群落构建的作用具有重要意义，同时也可为黄土高原及秦岭的植被保护与恢复重建提供了重要的理论依据。