亚热带城市森林植物功能型间叶片经济谱变异及其与叶脉密度的协同机制研究

《Annals of Forest Science》：Variation in leaf economics spectrum between plant functional types and the coordination with vein density in a subtropical urban forest of Eastern China

本研究针对城市森林环境胁迫下植物适应机制不清的问题，通过分析53种木本植物的叶片经济性状与水力性状，揭示了常绿与落叶物种在资源利用策略上的显著分化，并首次在城市尺度验证了叶脉密度（VD）与叶片经济谱（LES）的协同关系。结果表明，常绿物种表现为资源保守型（高LMA、低Amass），落叶物种为资源获取型（高Amass、低LMA），且VD与LES呈正相关，凸显了水力结构与碳经济的内在关联，为城市森林树种筛选提供了理论依据。

　　

随着城市化进程加速，热岛效应、土壤板结等环境胁迫日益严重，城市森林的生态服务功能面临严峻挑战。与自然森林相比，城市森林的树种组成复杂且生境异质性强，植物需通过调整功能性状来适应特殊环境。然而，当前对城市森林中植物叶片经济性状与水力性状的协同机制尚不明确，尤其是不同功能型（如常绿与落叶、乔木与灌木）间的策略分化缺乏系统研究。

为解析这一问题，Li等人在《Annals of Forest Science》上发表研究，以中国东部合肥市庐州公园的53种木本植物为对象，综合测量10项叶片经济性状（如叶厚度（LT）、单位质量光合速率（A_mass）、叶片氮磷含量（LNC、LPC）等）和4项水力性状（叶脉密度（VD）、气孔密度（SD）等），通过主成分分析（PCA）和线性模型探讨性状间的关联及功能型差异。

关键技术方法

研究选取53种植物（含35落叶/18常绿、29灌木/24乔木），于2023年7月采集成熟叶片，使用扫描仪测定叶面积（LA），烘箱法计算叶片干物质含量（LDMC），元素分析仪测定碳氮磷浓度，LI-6800便携式光合系统测量光合参数，指甲油印迹法统计SD，显微成像结合phenoVein工具量化VD，并采用线性混合模型和Mantel检验进行统计分析。

研究结果

1. 功能型间性状差异显著

常绿物种具有更高的LT、LMA、叶片碳含量（LCC）和碳氮比（LCN），而落叶物种在A_mass、LNC、LPC和光合氮利用效率（PNUE）上显著更高，符合全球叶片经济谱的“保守-获取”策略分化。灌木的LPC显著高于乔木，可能与快速生长所需的磷需求有关。

2. 水力性状与经济谱协同

落叶物种和乔木的VD显著高于常绿物种和灌木。PCA显示PC1（解释45.02%变异）代表LES轴，落叶物种和乔木分布于资源获取端（高A_mass、LNC），常绿物种和灌木集中于资源保守端（高LMA、LT）。VD与PC1呈正相关（p<0.05），且通过Mantel检验发现VD与A_mass、LNC、LCN显著关联，表明高VD支持高效水分运输与资源获取。

3. 水力性状间内在关联

VD与SD、气孔导度（g_sw）正相关，而g_sw与水分利用效率（WUE）负相关，反映气体交换与水分损失的权衡。SD与叶片含水量（LWC）显著相关，凸显气孔调控对水分平衡的作用。

结论与意义

本研究首次在城市森林中验证了叶片经济谱与水力性状的协同演化：常绿物种通过高LMA和厚叶片实现资源长期保存，落叶物种凭借高VD和光合速率快速获取资源。VD作为连接水分运输与碳经济的关键性状，其与LES的耦合为理解植物适应城市胁迫提供了新视角。未来需结合叶片寿命（LL）和木质部水力导度等性状，跨生态系统比较以揭示环境筛选机制。该成果对优化城市森林树种配置、提升生态系统服务具有指导意义。