地中海植物种间与种内碳同化与水分散失权衡的营养调控

《Journal of Ecology》：Nutritional regulation of the trade-off between carbon assimilation and water loss across and within Mediterranean plant species

　　

摘要

1. 光合作用的最低成本经济理论（LCE）假设叶氮（N）调节植物碳获取与水分散失之间的平衡，氮含量高的叶片表现出比氮含量低的叶片更高的光合效率和更低的蒸腾速率。然而，水和氮的获取与利用的最优平衡可能在共存的物种间存在较大差异，受进化历史等因素的影响。理解共存物种如何在光合作用过程中平衡水分和养分利用，以及这如何塑造生态生理表现和生长，具有重要的生态学意义，特别是在水分受限的环境中。
2. 在此，我们调查了LCE理论能否解释在最优、非限制性水分和养分条件下生长的23种自然共存的地中海灌丛物种在叶片水分利用性状上的差异。具体而言，我们评估了叶氮含量对三个与水分利用相关的叶片性状种间和种内变异的影响：δ¹³C（内在水分利用效率WUEi的代理指标）、δ¹⁸O（气孔导度的代理指标）和IMS，即整合代谢策略，（综合两种同位素来估算叶片代谢效率的指数），同时考虑了潜在的进化树约束。我们还研究了这些性状如何影响物种间的植物相对生长速率。
3. 我们的23个多年生物种在叶片水分和养分利用相关性状上表现出较大的种间变异。叶片平均氮含量在各物种间从2.4%到6%不等，且与δ¹⁸O和IMS均呈正相关，揭示了氮含量高叶片中气孔调控更紧密且代谢效率更高。进化混合模型证实，叶氮是叶片水通量（δ¹⁸O）和代谢效率（IMS）在各个体间变异的主要驱动因素。植物生长速率的种间变异主要由叶氮和IMS驱动。
4. 综合结论。 我们干旱地植物群落中较大的功能多样性导致共存物种间水分和养分输入组合优化存在显著差异。我们的研究结果为以下观点提供了实验证据：在受控、非限制性条件下，叶片氮投资的增加在种间和种内均与光合效率的提高和水分散失的减少相关联。此外，它们支持IMS作为碳同化与水分散失之间权衡的综合指数。

利益冲突声明

本文所有作者均无利益冲突。Silvia Matesanz是《生态学杂志》的副主编，但未参与本文的同行评审和决策过程。

同行评审

本文的同行评审历史记录可在此查阅：https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1111/1365-2745.70437。

数据可用性声明

用于分析的数据和脚本已在以下地址公开提供：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.33289572（Illuminati等，2026）。