木质特性与叶习性共同构建亚热带城市树种叶片资源获取策略的多样性

本研究系统探讨了30种亚热带城市树种在叶片经济谱（LES）上的资源获取策略分化，发现常绿散孔材树种偏向保守策略（高LMA、C:N），落叶环孔材树种倾向快速获取策略（高LNC、Amass），而落叶散孔材树种居于中间。研究强调了木材特性与叶习性的交互作用对城市树种适应策略的影响，为优化城市森林树种选择提供了理论依据。

　　

Highlight

研究地点与采样

本研究在安徽省合肥市进行，该市位于中国中东部的亚热带季风气候区，年均温15.7℃，年降水量1000毫米。采样地点为位于城市主城区二环内的庐州公园（117°13′45″E, 31°53′7″N），该公园建于2011年，占地约30公顷，植被类型为典型的人工城市森林。我们于2022年7月至8月生长旺季，选取了30种常见木本植物（每种3株健康成年个体）进行叶片采样，涵盖了常绿散孔材（ED）、落叶散孔材（DD）和落叶环孔材（DR）三种功能型。

叶片经济谱与营养获取策略

主成分分析（PCA）显示，PC1和PC2分别解释了叶片性状变异的57.68%和21.75%（图1）。除氮磷比（N:P）外，所有性状在PC1轴上均有显著载荷（表3）。PC1轴代表了经典的叶片经济谱（LES）：A_mass（单位质量光合速率）、LNC（叶片氮含量）、LPC（叶片磷含量）等获取型性状得分较低，而C:N（碳氮比）、LMA（比叶面积）、LCC（叶片碳含量）、LT（叶片厚度）等保守型性状得分较高。落叶环孔材（DR）物种聚集在PC1轴的左侧，表明其具有更快的资源获取策略；常绿散孔材（ED）物种则集中在右侧，代表资源保守策略；落叶散孔材（DD）物种位于中间过渡区域。PC2轴则主要反映了与磷利用相关的策略变异。

讨论

本研究最初基于环境过滤假说，推测城市环境会筛选出具有特定功能性状的物种，导致不同叶习性和木材特性的树种在资源利用策略上趋同。然而，我们的结果揭示了亚热带城市森林中依然存在显著的LES模式：落叶环孔材、落叶散孔材和常绿散孔材物种在LES上呈现出清晰的策略分化。这种分化主要归因于木材特性与叶习性的交互作用。例如，落叶环孔材物种的高水分传输效率与其高光合速率（A_mass）和氮含量（LNC）协同，支持了其“快速投资-快速回报”的获取策略，以适应城市环境中的资源波动。相反，常绿散孔材物种则通过高投资构建坚固的叶片结构（高LMA、LCC）来延长叶片寿命、保守利用资源，从而应对城市胁迫。落叶散孔材物种则采取了一种平衡策略。这些发现表明，在强烈的城市环境过滤作用下，进化权衡（Evolutionary Trade-offs）依然维持了不同功能群之间的生态策略差异，这对于城市森林的生物多样性和生态系统功能稳定性至关重要。

Conclusions

我们的研究表明，城市森林中不同叶习性和木材特性的木本植物在叶片经济谱（LES）策略上存在显著分化。常绿散孔材物种表现出保守的资源利用策略，其特征是高LMA、C:N和LCC，以此延长叶片寿命并保存资源。相比之下，落叶环孔材物种则采用快速的资源获取策略，具有较低的LMA和较高的LNC与A_mass，以优化光合作用效率和生长。落叶散孔材物种占据中间生态位，平衡了资源获取与保存之间的权衡。木材特性的差异进一步放大了这些策略分歧，特别是在LNC和LMA的权衡关系中。研究结果强调了在城市森林管理和树种选择中，除了常绿与落叶的比例，还应充分考虑木材特性（环孔材 vs. 散孔材），以增强城市生态系统的韧性和稳定性。