不同草原类型下气候和土壤对植物叶片碳水资源获取和利用性状的影响

"最小成本理论"(least-cost theory,LCT)反映了植物叶功能中光合作用所需水资源和碳资源的共同优化投资方式,已在全球和许多区域尺度得到了有力的支持.目前,有关干旱、半干旱区不同草原类型的区域尺度下植物光合作用水碳资源获取和利用策略的研究少且缺乏相应的理论指导.本研究以我国甘肃省从东到西沿降水梯度下的森林草原、典型草原和荒漠草原共3种草原类型中的71个物种为对象,运用LCT理论模型来分析该区灌木、草本植物叶片的水碳资源获取和利用功能性状间的关系及其随气候和土壤梯度的变化规律,并在此基础上构建与单位面积氮含量(Narea)变化相关的多元线性模型.结果显示:比叶重(LMA)和Narea均随光合有效辐射的增强而增大,随年均降水量、年均最低温以及土壤黏粉粒含量、土壤水分含量和土壤有机质含量的增加而降低,但胞间CO2与空气CO2浓度比(ci ∶ ca)随气候和土壤变化的趋势与LMA和Narea相反;3种不同草原类型下,Narea随LMA的增大而增加,同时,Narea随ci∶ca的增加呈下降趋势,且3种草原类型下的两组性状间的线性拟合斜率间差异均不显著;对叶片Narea与环境梯度和结构因子的多元线性拟合发现,影响Narea变化的因素中,LMA和ci∶ca的影响最大,其次是降水量和土壤水分;另外,大气光合有效辐射和年均最低温对Narea的影响显著.我们的研究不仅弥补了叶片光合作用所需水碳资源在该区域尺度研究的不足,还将重要土壤因子与叶关键功能性状相结合进行拟合,研究结果可为未来气候条件下该区域的生态安全管理提供科学指导.