| 标题 | 浅析植物叶片功能性状对气候变化的响应 |
| 范文 | 韩丽冬 沃晓棠 肖宇飞 摘 要：植物功能性状是植物与环境因子相互作用的结果。植物功能性状既反映了植物对环境因子的响应，也能显著影响生态系统过程与功能。该文综述了植物叶片功能性状对气候变化的响应，旨在探讨植物功能性状对气候变化的响应机制和生态对策，以期为生物多样性保护和生态系统可持续发展提供参考。 关键词：植物叶片;功能性状;气候变化 中图分类号 Q948文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）05-0065-02 植物功能性状与气候因子关系的研究主要集中在温度、降水、光照等方面。叶片作为植物最重要的器官之一，与外界交互性最强，气候因子作用于叶片功能性状，会造成不同物种不同的生长状态，进而影响群落的种间关系和物种组成，以及生态系统的物质循环和能量流动。研究发现，在大尺度上气候起决定作用，而在中等尺度的研究上，则要视土地利用类型不同和干扰程度而定，土壤和地形因子在小尺度上是影响植物功能性状的主导因素[1]。植物叶片为了适应所在生态系统的外部环境，其功能性状随着温度、降水和光照等多种气候因子的变化而变化[2]。众多研究表明，植物在相同的气候条件下会表现出相似的功能性状[3]。 1 植物叶片功能性状对温度的响应 温度是影响植物功能性状重要的环境因子，温度升高会影响幼芽萌发与叶片更新，温度的变化会直接影响植物的生理特性及形态[4]。研究发现，随着温度升高，部分植物比叶面积增大，叶厚度和叶绿素含量下降，而当温度降低时，叶面积变小、叶厚度增加[5]。李颖研究发现，法国地中海南部植物的比叶面积与多年平均最低温度呈显著正相关，而叶干物质含量与平均最低温度呈显著负相关[6]。Mandez-Alonzo等[7]研究发现，墨西哥湾红树林叶氮含量、叶磷含量、比叶面积与温度呈负相关。张奇平[8]研究发现，叶片的干物质含量随温度的降低而减少，叶片氮、磷含量随温度的降低而增加。苏文华等[9]对云南8个种群进行研究发现，比叶重与气温呈显著的负相关关系，叶干物质含量在11～14℃内随着温度的升高而逐渐增加。 2 植物叶片功能性状对降水的响应 水分是植物生长发育的必要气候因子，相较于其他气候因子，植物叶片功能性状对于水分因子的响应更为迅速和强烈。降水量多的湿润地区植物叶氮含量和比叶面积较高，降水量少的地区植物比叶面积较低，叶片小而窄，光合能力较弱，且叶氮含量较低[5，10]。Reich和冯秋红等[11，12]研究发现，植物叶氮含量随着降水量的增加而降低。Fonseca等[13]研究發现，当外界供水不足时，为了降低自身的水分消耗和防止叶表面温度过高，植物会减小叶面积以适应外界环境。赵航等[14]研究发现，森林和灌丛的叶碳含量随着年均温和年降水量的升高而增加。Gong等[15]研究发现，中国北方植物叶氮含量和叶磷含量随着降水量增加呈先升高后降低的趋势。一般情况下，耐干旱的植物叶片小而窄，比叶面积较低而木质密度偏高[1]。施宇等[16]研究发现，当植物生长环境相对湿润时，植物叶干重、叶面积、比叶面积较大而叶组织密度较低、叶厚度较薄，而较为干旱地区植物叶片功能性状则呈相反趋势。 3 植物叶片功能性状对光照的响应 光照是植物进行光合作用的必要条件，通常来说，植物为了适应弱光环境，会表现为叶片大而薄，质地柔软，具有较长的叶柄等特点[17]。李颖研究发现，光照对植物叶片功能性状的影响有很大差异，尤其是在热带雨林，随着光照时长的增加，植物的叶寿命会变短[18];比叶面积、叶片大小及叶片氮含量则会随光照时长的减少而增加[19]。有学者在法国热带雨林研究发现，比叶面积随光强的增大而减小，植物生长速度随光强的增大而减缓，而当光强减小时，植被的冠幅增加[20]。Sack等[21]研究发现，同一物种在不同光照条件下表现出不同的生理特征，如生长在高光环境下的植物光饱和点、光补偿点以及植物最大净光合速率均高于低光环境下植物。 由此可见，气候因子（温度、降水、光照）的变化对森林植物叶片功能性状具有显著影响，极大地影响陆地生态系统的生产力。探究植物对气候变化的响应策略，有助于系统了解植物的演化过程，为生物多样性保护和生态系统修复提供理论支持。 4 展望 （1）未来应结合植物叶片、茎干、根和种子的功能性状，探讨这些功能性状间的相互关系及其与环境因子（气候、土壤、地形）的关系，更加深入地揭示植物适应环境变化的生态策略。 （2）在时间梯度上对植物功能性状展开研究。目前，学者多侧重对环境梯度的研究，今后应开展长期连续野外原位观测试验，进一步掌握植物各功能性状在长期演替中的权衡特点及对环境的响应机制。 参考文献 [1]刘晓娟，马克平.植物功能性状研究进展[J].中国科学：生命科学，2015，45（4）：325-339. [2]Valladares F， Bastias C C， Godoy O， et al.Species coexistence in a changing world[J]. Frontiers in Plant Science， 2015， 6：866-882. [3]龚春梅，白娟，梁宗锁.植物功能性状对全球气候变化的指示作用研究进展[J].西北植物学报，2011，31（11）：2355-2363. [4]王情.中国东部南北森林样带土壤微生物呼吸及其控制因素[D].合肥：安徽农业大学，2016. [5]董莉莉.中国南北样带栲属植物叶功能性状及其与环境因子的关系[D].北京：中国林业科学研究院，2008. [6]李颖.东灵山不同环境梯度下叶的功能性状差异性研究[D].北京：北京林业大学，2013. [7]Mandez-Alonzo R， Lopez-Portillo J， Rivera-Monroy V H.Latitudinal variation in leaf and tree traits of the Mangrove Avicennia germinans （Avicenniaceae） in the central region of the gulf of Mexico[J].Biotropica， 2010， 40（4）：449-456. [8]张奇平.天目山主要树种叶性状在海拔梯度和微地形上的分异格局[D].上海：华东师范大学，2011. [9]蘇文华，施展，杨波，等.滇石栋沿纬度梯度叶片功能性状的种内变化[J].植物分类与资源学报，2015， 37（3）：309-317. [10]Wright I J， Westoby M.The economics of leaves[J].Australasian Science， 2004， 25：34-38. [11]Reich P B， Ellsworth D S， Walters M B， et al.Generality of leaf trait relationships：a test across six biomes[J].Ecology， 1999， 80（6）：1955-1969. [12]冯秋红，史作民，董莉莉，等.南北样带温带区栎属树种功能性状对气象因子的响应[J].生态学报，2010，30（21）：5781-5789. [13]Fonseca C R， Overton J M， Collins B， et al.Shifts in trait-combinations along rainfall and phosphorus gradients[J].Journal of Ecology， 2010， 88（6）：964-977. [14]赵航，徐丽，王秋风，等.中国森林、灌木林叶片碳含量及其空间格局与环境因子研究（英文）[J].Journal of Geographical Sciences，2018，28（6）：791-801. [15]Gong H D， Cui Q J， Gao J. Latitudinal， soil and climate effects on key leaf traits in northeastern China[J].Global Ecology and Conservation， 2020， 22：e00904. [16]施宇.延河流域植物功能性状对环境变化的响应和植物适应策略研[D].杨凌：西北农林科技大学，2012. [17]李明财，朱教君，孙一荣.东北次生林主要树种比叶面积对光照强度的响应[J].生态学杂志，2009，28（8）：1437-1442. [18]胡阳，江莎，李洁，等.光强和光质对植物生长发育的影响[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2009，30（04）：296-303. [19]王艺，韦小丽.不同光照对植物生长、生理生化和形态结构影响的研究进展[J].山地农业生物学报，2010，29（04）：353-359. [20]Freschet G T， Comelissen J H C， Van Logtestijn R S P， et al. Evidence of the plant economics spectrum in a subarctic flora[J].Journal of Ecology， 2010， 98（2）：362-373. [21]Sack L， Scoffoni C， Mckown A D， et al. Developmentally based scaling of leaf venation architecture explains global ecological patterns[J].Nature Communications， 2012， 3（1）：837-846. （责编：张宏民） |
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