高度与年龄的生态解耦：温带草原植物功能性状的独立维度与交互效应

这篇研究通过分析8种温带干旱草原植物的功能性状，揭示了植物高度（height）与年龄（age）的生态解耦现象（H1），并阐明了二者对资源利用（如年轮生长annual radial growth、导管大小vessel size）和储存功能（如储藏组织storage tissue、地下粗器官干物质含量BDMC）的独立（H2-H3）及交互影响（H4）。研究填补了开放生境中植物性状协同进化理论的空白，为理解"速生-短命"与"慢生-长寿"策略谱系提供了实证支持。

　　

高度与年龄的生态解耦：温带草原植物的功能维度

引言挑战

传统生态学常假设植物高度与年龄呈正相关，但这种关系在开放生境（如草原）中可能被打破。研究以8种中欧温带干旱草原植物（6种多年生草本，2种常绿亚灌木）为模型，通过量化分析高度、年龄与4类功能性状的关系，检验了四个核心假设：性状解耦（H1）、高度效应（H2）、年龄效应（H3）及其交互作用（H4）。

方法创新

研究团队在20个花岗岩露头样地采集338株个体，测量了6项关键性状：高度（空间占据能力）、年龄（持久性）、年轮生长（资源利用）、导管大小（运输效率）、储藏组织占比（碳水化合物储存）和地下粗器官干物质含量（BDMC，碳分配）。采用线性混合效应模型（LMM）分析时，特别控制了物种和样地的嵌套效应，并通过主成分分析（PCA）揭示多维性状空间。

核心发现

解耦的性状维度

数据强力支持H1：高度与年龄在全物种水平（p=0.91）和种内均无相关性。例如亚灌木Helianthemum grandiflorum的12cm个体可能存活27年，而草本Centaurea stoebe的60cm植株年龄仅2-4年。这种解耦源于开放生境的适应策略——生物量优先分配给地下粗器官（如粗根、根茎）而非地上高度增长。

资源利用的性状关联

H2-H3得到部分验证：

• 高度显著促进年轮生长（β=0.15，p<0.001）和导管大小（β=0.09，p=0.08），符合"高大体型需更强运输"的预期

• 年龄强烈抑制年轮生长（β=-0.52，p<0.001），印证"慢生-长寿"策略，但意外促进导管大小（β=0.14，p=0.01）

• 储藏组织和BDMC与高度、年龄均无显著关联，仅在亚灌木H. grandiflorum中显示年龄正效应

交互作用的复杂性

H4揭示关键互作效应：

• 高度×年龄对年轮生长呈负交互（β=-0.26，p=0.02），说明高龄会削弱高度对生长的促进作用

• 类似地，交互作用使导管大小与年龄的正相关随高度增加而减弱（β=-0.25，p=0.03）

• 储藏组织在矮植株中随年龄减少，在高植株中却增加（β=0.23，p=0.10），暗示储存策略的体型依赖性

生态启示

研究颠覆了"以高估龄"的传统认知，证实开放生境植物通过地下器官投资实现高度与年龄的生态解耦。性状关联呈现"资源利用强约束，储存策略弱协调"的特点，且种内变异显著（ICC_物种=0.40-0.77）。这警示保护生物学：基于高度的年龄推测可能导致误判，尤其在评估草原古树（如60岁的C. stoebe）的保育价值时。

未来方向

研究局限（如未包含单子叶植物）启示后续工作应：

1. 扩大生活型（如禾草）和生境（如热带草原）采样

2. 引入发育阶段（如分株数）区分生理年龄与时序年龄

3. 整合吸收器官（细根-叶片）与繁殖性状的协同分析

   这些突破将深化对植物"生长-发育-环境"三维适应策略的理解。