社区层面的植物功能策略能够解释热带地区不同海拔梯度上的生态系统碳储存情况

《Journal of Ecology》：Community-level plant functional strategies explain ecosystem carbon storage across a tropical elevational gradient

植物功能性状在乞力马扎罗山不同生态系统中的协调响应及其对碳储存的影响。通过结构方程模型分析12种生态系统的地上和地下碳储存，发现两个主要策略轴：慢-快策略轴（与降水正相关）和木本-草本策略轴（与土地强度负相关）。慢-快轴主要影响地上碳储存，而木本-草本轴同时负向调控地上和土壤碳储存。气候通过改变植物功能性状间接影响碳储存，其中降水对慢-快轴的驱动作用更显著。研究证实整合社区功能性状数据对预测气候变化下的碳储存至关重要。

　　植物功能性状在塑造植物对环境条件的生态响应以及影响生态系统功能方面起着关键作用。然而，目前对于植物整体功能性状策略如何在群落层面影响地上和地下碳储存的研究仍较为有限，尤其是在不同环境梯度下。本研究在坦桑尼亚的乞力马扎罗山，横跨从稀树草原到森林再到高山生态系统，对十二种生态系统类型进行了全面调查，分析了植物功能性状与碳储存之间的关系。通过结构方程模型，我们解析了气候对碳储存的直接影响与土地利用中介影响之间的区别。

研究发现，群落层面的地上和地下功能性状之间存在显著的协调性，这种协调性与两种主要的策略轴相关：一种是“慢-保守”到“快资源获取”的连续谱系，由高叶干物质含量和高细根氮浓度所代表；另一种是与植物大小相关的“木本-草本”策略轴，涵盖从高冠层高度到高细根长度的谱系。其中，“慢-快”策略轴主要受到降水的影响，而“木本-草本”策略轴则主要与土地利用强度相关。

这些功能性状策略不仅反映了植物对环境条件的适应，也影响了碳储存的方式。具体而言，“慢-快”策略轴与地上碳储量呈强正相关，而“木本-草本”策略轴则与地上和地下碳储量呈负相关。这一结果表明，地上碳储存主要由功能性状效应驱动，而地下碳储存则更多地受到气候的直接影响。因此，将群落功能性状数据纳入未来对气候变化影响碳储存的分析中，将有助于更准确地预测生态系统功能的变化。

在生态系统功能研究中，功能性状与碳储存之间的关系已被广泛探讨。然而，多数研究仅关注个别功能性状，如叶片性状，而忽略了整个植物策略的变化。此外，地下性状的研究也相对较少，尤其是在数据获取困难的地区。本研究填补了这一知识空白，通过对多种功能性状的测量，揭示了其对碳储存的综合影响。

乞力马扎罗山作为研究地点，具有独特的环境梯度，从低海拔的稀树草原到高海拔的高山生态系统，其气候条件和土地利用模式变化显著。这种环境多样性为研究植物功能性状与碳储存之间的关系提供了理想的自然实验场。研究还指出，土地利用强度对植物功能性状策略的影响不容忽视，尤其是在低至中海拔地区，由于农业和放牧活动的影响，导致了快速生长和高繁殖输出的物种占据优势，而保守性状的物种则减少。

植物功能性状策略的变化不仅影响地上碳储存，还可能通过影响土壤特性间接影响地下碳储存。例如，土地利用变化可能破坏植物与土壤共生体之间的关系，从而改变土壤的养分供应、化学成分和微生物活动。这些土壤特征在碳循环中扮演着重要角色，无论是直接还是通过影响植物群落功能性状组成。

此外，不同生态系统中功能性状与碳储存的关系可能存在差异。例如，在森林生态系统中，地上性状可能更能解释碳储存的变化，而在地下生物质和资源分配较多的生态系统，如草地，地下性状的作用更为显著。这表明，功能性状与碳储存之间的关系并非普适，而是受到生态系统类型和气候背景的影响。

研究还发现，功能性状策略的轴线在不同的气候和土地利用条件下表现出不同的响应模式。例如，降水对“慢-快”策略轴的影响是正向的，而对“木本-草本”策略轴的影响则是负向的。这种差异可能源于不同的资源获取机制，如“自我获取”策略（直接根系吸收）与“合作”策略（通过菌根真菌获取资源）之间的不同适应性。

本研究的发现对于理解气候变化对生态系统功能的影响具有重要意义。通过识别功能性状策略与碳储存之间的关系，我们可以更好地预测在不同环境条件下生态系统如何响应气候变化。此外，这些结果也强调了在气候变化研究中，需要考虑功能性状的综合影响，而不仅仅是单一的环境变量。

研究还指出，功能性状策略在不同生态系统中的表现可能有所不同，因此需要更多的跨生态系统研究来验证这些模式的普遍性。同时，未来的生态系统管理应考虑如何通过维持或恢复功能性状策略来增强碳储存能力，从而促进气候缓解。

综上所述，本研究揭示了植物功能性状策略在群落层面如何影响碳储存，并强调了在不同环境梯度下，功能性状策略与碳储存之间的复杂关系。这些发现不仅加深了我们对植物生态适应机制的理解，也为未来的生态系统管理和气候变化应对提供了重要的理论依据和实践指导。