冻原生物区气候变暖对植物功能性状的影响

Title：Plant functional trait change across a warming tundra biome

DOI：10.1038/s41586-018-0563-7

发表时间：2018

背景：

北极快速变暖改变了冻原生态系统的结构和组成，并且带来一系列的生态后果，如：全球碳储量的影响。

植物性状对全球碳循环和能量平衡有重要的作用；植物性状对于初级生产力、能量储存、地表反射、水文也有着重要影响。

量化植物功能性状和环境的关系对于理解气候变化的生态后果具有重要意义，但对于冻原地区相关的研究还未展开

研究思路：

结果

1.性状-空间

在群落水平上：研究所包含的5个性状与温度均表现出显著的空间关系，但叶片干物质含量、叶氮含量、叶面积-温度在湿润和干燥的地区显示出相反的结果

群落木质率-温度叶也表现出显著的空间关系，而在干燥地区植物常绿率随温度增加而增加

结合叶面积、干物质含量等，研究证明了水分对于群落功能性状具有显著的调节作用，原因大概是植物生理约束。作者也指出了潜在的降雨、融雪等时间以及水文条件对于土壤水分的有效性具有重要影响，但如何长期观测、尤其是高分辨率的检测？

种内性状变异：

5个连续性状中，只有株高和叶面积两个植物尺度性状与温度有显著的空间关系，而剩余3个资源经济学性状与温度没有关系，这是否是尺度性状与植物夏季生长、而资源经济学性状与植物冬季抗寒等有关。

而作者对两季温度统计结果又显示冬季温度变暖速率更快，而个体性状变异本身就夸大了真实结果，产生下图的结果是不是作者过分clean性状数据、或clean不够彻底。

通过划分产生群落性状-温度的因素，发现物种变更解释了多数群落性状变化，说明扩散和迁移可能是生态系统响应气候变暖的主要过程 ，如果没有新物种的到来，植物性状响应气候变化的幅度将会被限制。

2.性状-时间

株高是群落响应气候变化唯一展现出性状-时间关系的性状，且群落株高的年际变化对夏季温度变化速率非常敏感。

3. 空间代替时间模拟预测温度-性状的关系

结果显示用空间数据代替时间的预测结果只有株高在实际观测值范围内，

由于ITV同时考虑了表型可塑性和不同物种基因型的差异，所有在估计性状-时间的关系时最大化了ITV的结果，也就导致ITV adjusted CWM 结果比CWM结果高了约1倍

性状-时间的关系同样显示，群落株高-时间的关系主要是由于物种更替导致，其原因是迁入了更高的物种，而不是物种丢失，即高物种向维度高的地方迁移，或从暖的地方到寒冷的地方

但空间代替时间也表明，到目前位置，植物株高的变化还不受迁移的影响 Fig.4a。

总结：

株高-环境的关系，暗示了株高对生态系统有重要的意义和反馈效应， 如：株高和温度的正反馈可以抵消气候变化导致的碳损失。

对于性状-环境的研究，应该考虑温度-水分有效性相互关系，霜冻期、水文条件等等

文中虽然也进行了性状-时间的预测，但这只能代表环境因子对性状的塑造的一种趋势，如强烈的温度/水分-性状之间的关系的确可以反应植物某些生态策略（trade-off）。当环境从和谐到极端的时候，植物表现出来的养分竞争能力、资源截取能力。

另外，用空间代替时间的方法应当谨慎。

方法

这篇文章最难的部分应该是大规模的性状、气象数据的获取、整理、矫正。例如怎样将模糊的气象数据精准的匹配到采样点，对重复的性状指标如何删减，这里举例说明作者是如何考虑ITV对ITV+CWM的潜在贡献。

A）在计算每个点CWM值的时候，使用物种性状均值估计的后验分布，而不是简单的使用均值，将种内变异纳入到分析中

B）对于物种个体性状在空间上的变异，明确估计种内性状和温度的关系

C）用模型评估了ITV对CWM+ITV温度和性状关系的潜在贡献

启发 

全文采用了贝叶斯模型，考虑空间分层，如从样点到区域尺度。作者从性状-空间到时间，到空间预测时间，为大尺度生态学研究提供了参考，但全文只基于5+2个性状，也没有对作者提到的土壤水分有效性进行深入分析，作为气候变化的先行者-土壤也没有纳入到研究中，尽管作者对温度、水分、时间的数据进行了矫正，但是也不能保证时空一致性。

参考文献：

Bjorkman, A. D., I. H. Myers-Smith, S. C. Elmendorf, S. et al. (2018) Plant functional trait change across a warming tundra biome. Nature, 562, 57-62.