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Ecology and Evolution | 植物功能属性的种内变异主导了年际间气候波动

已有 802 次阅读 2019-6-21 13:48 |个人分类:热点研究|系统分类:博客资讯

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长期以来,植物与环境之间的相互作用一直受到生态学家的广泛关注。气候波动会影响植物群落的物种丰富度、生产力和稳定性等,但其影响机制还有待进一步研究。植物功能属性既能反映植物如何适应环境,又对生态系统功能有重要影响,近年来已成为研究植物群落对环境响应的有力工具。广义上讲,群落功能多样性指的是群落中植物功能属性的均值与分布格局。属性种内变异和物种组成的改变调节着群落对环境的响应,但年际气候波动下两者对群落功能多样性的影响孰轻孰重还不清楚。


日前,北京师范大学地理科学学部的研究者报道了年际间植物功能属性种内变异的重要性,文章发表于Wiley期刊Ecology and Evolution。该文以青藏高原东北部青海湖流域的高山嵩草草甸(AMQH)、芨芨草草原(TSQH)和内蒙古锡林郭勒盟的克氏针茅草原(TSIM)为研究对象(图1),于生长季开展了植物群落调查,测定了常见植物的几个关键功能属性(比叶面积、叶片干物质含量、叶氮含量和植株高度);对比分析干旱指数有显著差异的两年数据,探讨了草地群落功能多样性对年际干旱程度变化的响应特征和变异来源。


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图1. 样地的植被类型、位置和景观图

注:植被类型数据来自Dixon et al.(2014),景观照片来自Chen et al.(2019)。


研究结果表明:各个群落的平均高度在两年间的差异都不显著,而比叶面积、叶片干物质含量和叶氮含量发生了显著变化。对于高山嵩草草甸与芨芨草草原,比叶面积在干湿年间的变化方向相反,这种差异可能来自于两个草地本身气候条件的不同。两个温带草原的群落平均叶片干物质含量都在干旱年显著增高,而干旱年的叶片氮含量均显著地低于湿润年(图2)。


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图2. 干湿年不同草地的群落加权平均属性(Chen et al., 2019)

注:A,比叶面积;B,叶片干物质含量;C,叶氮含量;D,植株高度。不同字母表示不同草地之间有显著差别,湿润年标小写字母,干旱年标大写字母。星号表示对于同一草地,两年之间的群落加权平均属性有显著差异。误差线代表标准误。*,P<0.05;**,P<0.01;***,P<0.001.


功能离散度越高,代表群落中的植物属性分布越分散。比叶面积的功能离散度无论是在两年间还是不同草地之间均没有显著差异。高山嵩草草甸和芨芨草草原叶片干物质含量的功能离散度在两年间的变化方向不一致。在芨芨草草原,叶片氮含量的离散度在干旱年显著降低,而其多元离散度增高。两个温带草原群落植物高度都在干旱年变得更加离散(图3)。


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图3. 干湿年不同草地的功能离散度(Chen et al., 2019)

注:A,比叶面积;B,叶片干物质含量;C,叶氮含量;D,植株高度;E,多元离散度。不同字母表示不同草地之间有显著差别,湿润年标小写字母,干旱年标大写字母。星号表示对于同一草地,两年之间的功能离散度有显著差异。误差线代表标准误。*,P<0.05;**,P<0.01;***,P<0.001.


对于以上表现出显著年际差异的属性均值和离散度,该研究分离并量化了它们的变异来源:物种组成变化和属性的种内变异(图4和图5)。除高山嵩草草甸的叶氮含量之外,面对年际间干旱度的波动,种内属性变异而非群落物种组成变化主导了群落加权平均属性的响应(图4)。群落功能离散度也表现出类似的规律,例外情况是克氏针茅草原植株高度的功能离散度(图5)。


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图4 年际间群落加权平均属性的变异来源分解(Chen et al., 2019)

注:A,群落加权平均比叶面积;B,群落加权平均叶片干物质含量;C,群落加权叶氮含量。**,P<0.01;***,P<0.001。


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图5年际间功能离散度的变异来源分解(Chen et al., 2019)

注:A,叶片干物质含量的功能离散度;B,叶氮含量的功能离散度;C,高度的功能离散度;D,多元功能离散度。*,P<0.05;**,P<0.01;***,P<0.001。


比叶面积、叶片干物质含量、叶氮含量和植株高度是具有不同生态意义的重要功能属性。在群落水平,它们的均值或离散度对年际间干旱程度波动的响应各不相同。面对短期气候波动,植物群落的响应从个体尺度开始。两年间植物的种内变异缓冲了气候波动对群落的影响,其结构未发生显著改变,对群落稳定性有正向作用。基于此,年际间属性种内变异值得关注,在未来的研究中有必要开展植物功能属性的长期观测。



原文阅读

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ece3.5156 



作者简介



该项研究由北京师范大学黄永梅教授团队和李小雁教授团队合作完成。黄永梅教授团队主要在资源生态学、植物地理学领域开展研究,目前关注全球变化背景下陆地生态系统的多尺度响应,尤其关注内蒙古高原、青藏高原的草地生态系统。李小雁课题组主要开展水文土壤学、生态水文学领域的相关研究,重点研究半干旱区、高寒地区土壤与植被的相互作用机理及其生态水文效应。


该项工作的通讯作者为北京师范大学地理科学学部的黄永梅教授。


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