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2024-11-01 08:26

New Phyto. | 杨元合团队：升温改变了植物叶片和根系功能性状及其协调性

New Phytologist | Article实验升温改变了冻土生态系统中植物的功能性状及其协调性

Bin Wei, Dianye Zhang, Guanqin Wang, Yang Liu, Qinlu Li, Zhihu Zheng, Guibiao Yang, Yunfeng Peng, Kechang Niu, Yuanhe Yang*（中科院植物所）

2023-07-11

https://doi.org/10.1111/nph.19115

Take-Home

本研究基于青藏高原多年冻土下沼泽草甸的7年增温实验，探讨了增温对群落水平性状均值和功能多样性以及植物性状协调性的影响。研究揭示了地上和地下性状表现出协调一致的适应策略，在温暖的环境中表现出更多的获取型性状，这种变化可以为植物提供响应环境变化的适应性优势。

论文简报

@生态系统生态学

了解植物功能特性的变化对于从机理上理解气候变暖对生态系统功能的影响具有重要价值。然而，以往的观察多聚焦于地上植物特性，对于气候变暖下地下植物特性的变化以及地上和地下特性的协调性，特别是在永冻土生态系统中，相关信息很少。

在本研究中，研究人员基于青藏高原永冻土下沼泽草甸的七年增温实验，探讨了暖化对社区层面特性均值和功能多样性以及植物特性协调性的影响。

他们研究了四种主导物种的26个地上和地下特性（图1），并计算了以群落加权性状均值和功能多样性，以探索植物对实验性暖化的资源利用策略的变化。随后，他们进行了冗余分析，以测试土壤因素对这些特性值的影响，并进一步构建了特性网络，以量化整个植物层面的性状之间的关系。

图1：本研究测定的26个地上和地下性状与主要生态功能(光截获、繁殖能力、植物经济谱、养分获取策略和植物生长)相关。

基于这些分析，研究人员旨在测试以下三个假设：1、变暖会增加土壤养分的可利用性，从而诱导向更快速的获取策略的转变；2、变暖化会导致社区中共存植物的资源利用策略发散，并在更有利的条件下增加功能多样性；3、暖化引发的更高资源可用性会导致更紧密的特性网络，并将特性网络的中心从土壤资源获取特性转移到与光资源相关的特性。

结果表明，实验性变暖使群落层面的功能特性向更积极获取的方向转变，表现为更早的变绿，更高的植物高度，更大的叶片，更高的光合资源利用效率，更细的根部，以及更大的比根长和根部营养浓度。

然而，气候变暖对功能多样性的影响可以忽略不计。此外，气候变暖将性状网络中最重要的中心性状从比根面积转移到比叶面积。这些结果表明，地上和地下的特性表现出一致的适应策略，在更温暖的环境中表现出更积极获取的特性。这样的变化可能为植物应对环境变化提供适应性优势。

研究意义

总的来说，实验性的温度升高改变了植物的功能性状和特性网络中的关键特性（图6）。他们观察到，增温处理改变了群落水平的功能性状值，但对功能多样性没有影响。他们还发现，模拟的温度变化不仅影响了地上的特性值，而且将地下特性从保守策略转向了更具获取性的策略。

这些发现表明，资源获取策略的转变将帮助植物快速利用土壤养分，并支持植物生长。如果不考虑地下特性，我们对植物对环境变化的适应策略的理解就是不完整的。他们的结果还显示，实验性增温使性状网络中的关键特性从比根面积转向叶面积，但对性状之间的连通性的比例影响微乎其微。这一发现表明，性状网络提供了一种有效的方法来探索在变化的环境下植物特性之间的复杂关系，而这些通过特性网络确定的关键特性可能进一步反映植物适应气候变暖的调整策略。更好地量化植物的功能特性及其协调性提供了对理解生物对环境变化的生态系统功能反应的调节的宝贵线索。主要图表▲图2 | 26个地上和地下植物性状对试验增温的响应值

▲图3 | 群落加权特征均值（a）和功能多样性（b）对实验变暖的响应值。▲图4 | 群落加权性状均值和土壤因子在增温实验中的冗余分析。▲图5 | 在对照(a)和变暖(b)处理中跨物种的性状网络，以及节点的“间隔” 和网络对实验变暖的反应(c)。▲图6 | 描述植物功能性状的及其对实验变暖的协调反应的示意图。关于群落功能组成，模拟变暖使地上和地下特征向更具获取的方向转变，但对功能多样性的影响微乎其微
Reference(s)

Wei, B., Zhang, D., Wang, G., Liu, Y., Li, Q., Zheng, Z., Yang, G., Peng, Y., Niu, K. and Yang, Y. (2023), Experimental warming altered plant functional traits and their coordination in a permafrost ecosystem. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19115