摘要植物功能性状作为物种、环境和生态系统功能之间的纽带,是研究气候变化对植被影响的最佳工具。青藏高原是气候变化的敏感区域,快速的气候变化导致高原物种和生态系统发生深刻变化。因此,建立青藏高原植物功能性状数据集,进一步分析植物功能性状-环境-生态系统功能关系,对于了解世界屋脊上独特高寒植被的未来变化和可持续发展具有重要意义。<br> 首先,基于2018-2021年在青藏高原不同区域内调查的3 3 8个样地、共758个样方的数据,分析高原植物群落的物种组成、区系特征和植被分类,整合形成青藏高原植物群落样方数据集。其次,以每个采样点的优势和常见草本和木本植物为研究对象,汇编成一个包含11个叶片功能性状的青藏高原叶片性状数据集,并描述性状数据的空间分布、采样物种和基本特征。最后,利用331个样地的1660个叶片样本的6个关键叶片性状,即叶厚度(LT)、叶干物质含量(LDMC)、比叶面积(SLA)、叶碳含量(LCC)、叶氮含量(LNC)和叶磷含量(LPC),结合气候、土壤和地理因素,通过方差变解,量化青藏高原关键叶片性状的驱动机制,并利用空间分布图和回归模型,描述关键功能性状的区域格局。主要结果如下:<br> (1)青藏高原高寒和温性植物群落758个样方中,共有植物65科279属837种。物种数最多的5 个科依次是菊科(134种)、禾本科(88种)、豆科(75种)、蔷薇科( 4 3种)和莎草科( 4 0种) ,物种数最多的5个属依次是蒿属(JrteTO+^a, 2 9种)、马先蒿属(Pedicularis,27 种)、风毛菊属(SOussMrea, 25 种)、黄耆属(JstragaZMs, 23种)和早熟禾属(Poa, 2 3种)。植物区系主要由温带(145属)和世界广布(36属)的成分组成。物种生长型以草本(83.51%)和灌木(10.87%)为主,草本和木本生活型分别以多年生草本(88.23%)和落叶灌木(83.67%)为主。3 3 8个样地划分为4 个植被型组,10个植被型,2 0个植被亚型,7 8个群系组和117个群系,其中草原群系34个,草甸群系33个,荒漠群系33个,灌丛群系14个和针叶林群系3个。<br> (2)青藏高原植物叶片性状数据集由3 3 6个采样点内采集和测量的1692个叶片样本的性状值组成。高海拔区(gt;3500 m )、中海拔区(2500-3500 m )和低海拔区(lt;2500 m)分别有69.3%、18.5%和 12.2%的采样点。采样物种共5 1科 184属468种。从变异程度来看,叶干重、叶鲜重和叶面积最大,其次是LT 和叶含水量,比叶质量、SLA、L D M C、LCC、L N C和LPC相对较小。普通线性回归模型揭示LT与LDMC、SLA和LCC显著负相关,而与LNC和LPC无显著关系;LDMC与 SLA、LNC 和LPC显著负相关,而与LCC显著正相关;SLA和 3 个叶片化学性状均呈现出负相关关系,以及3 个化学性状间均表现出显著的正相关关系。<br> (3)在物种水平上,高寒环境中植物科、生活型、气候和土壤因子分别共同占LT、L D M C、SLA、LCC、LNC 和LPC 总性状变异的 44.2%、47.6%、15.5% 、57.3%、39.2%和35.1%。科是性状变异的决定性因素,LT(30.7%)和LNC(25.6%)的性状变异表现出很强的科效应。其次是生活型和科的共同作用,二者的共同作用可以解释L D M C 总性状变异的27.1%。环境对性状变异的解释能力相对较弱。<br> (4)在群落水平上,叶片性状在大尺度生物地理区域中表现出明显的空间格局。LT和LDMC 与经度梯度的关系更加密切,表现为从高原西南部到东北部呈现先增大后减小的非线性响应。SLA、LCC、L N C和LPC对纬度变化更为敏感,从高原南部到北部表现为高寒面的较高性状值转变为温性植被的较低性状值。<br> (5)与中国植物性状数据库相比,高寒植物叶片具有显著较高的L D M C 和L N C 以及较低的SLA、L C C和LPC。性状间的权衡关系大多数与先前的结果较为一致,这说明叶片性状在高海拔和极端低温的环境中仍存在功能趋同。<br> 综上所述,本研究基于4年的实地野外调查,建立青藏高原植物群落样方数据集和叶片性状数据集,为填补重要地区的地理空白作出巨大贡献。数据集基本覆盖青藏高原绝大部分高寒灌丛、高寒草原、高寒草甸、高寒荒漠、温性草原和温性荒漠植被区域,可为研究高原植被特征和地带性分异规律,气候变化和人类活动对高原植被的影响及其生态恢复提供坚实的数据基础,同时为下一代中国植被图的更新提供参考。基于性状的分析结果表明青藏高原的叶片性状既呈现出独特的地理分布格局,也表现出普遍的变异解释规律。研究进一步证实,植物本身而不是环境因素,是影响大尺度高寒环境中的叶片性状变异的主导驱动因子。
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