如何利用简单易测的指标反映复杂的ECO过程和功能变化一直是生态学研究的难点问题。植物功能性状是植物个体对环境变化响应的适应特征,可以指示ECO功能变化过程。在海拔梯度带上,植物生境条件会发生明显变化,植物个体特征、群落结构和ECO功能也随之变化。已有研究主要利用多个物种的功能性状综合表征ECO过程和功能。然而,单一物种的功能性状是否能指示ECO功能的变化尚不明确。
绢毛蓼(Koenigia mollis)(图1)作为已知的全球最大海拔跨度物种之一,可当作探究植物功能性状如何响应环境变化的模式植物。在喜马拉雅山区植被垂直带考察中,中科院青藏高原所ECO格局与过程团队发现,绢毛蓼分布跨越了亚热带常绿阔叶林至高寒树线)。在亚热带林区,绢毛蓼为多年生的常绿半灌木,而在高海拔为一年生草本。基于对绢毛蓼植物功能性状的海拔格局研究,团队发现由海拔变化引起的水分-能量动态是驱动绢毛蓼功能性状变化的主要环境因子。绢毛蓼通过形成面积更小、成本更高和水分利用效率更加高的叶片适应高海拔地区的生境。研究还发现,绢毛蓼的植株高度和比叶面积等6个基本功能性状能解释超过90%的基于遥感估算的ECO生产力变化,表明单物种的性状变化能有效指示ECO水平的功能变化(图3)。
该研究以喜马拉雅山区植被垂直带为研究模板,揭示了海拔梯度带上广布种的结构与格局变化及其驱动机制。水分-能量动态在调控物种性状和生态系统功能中的及其重要的作用,是理解高山树线等植被边界形成的重要指标。该研究为探讨高山树线等植被分布边界提供新的证据,为揭示植物如何改变生态策略,适应环境变化提出了新见解。
图3 海拔(ELV)(a)和潜在蒸散量(PET)(b)与绢毛蓼关键功能性状间的结构方程模型。ISO:叶碳稳定同位素比值;PHT:植株高度;C:叶碳含量;SLA:比叶面积;N:叶氮含量