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干旱对根茎性状及其分解性的影响
Functional Ecology ( IF 4.6 ) Pub Date : 2023-01-08 , DOI: 10.1111/1365-2435.14261
Laura Reinelt 1, 2 , Jeanette Whitaker 3 , Elena Kazakou 4 , Laurent Bonnal 5 , Denis Bastianelli 5 , James Bullock 6 , Nicholas J. Ostle 1
Affiliation  

1 简介

随着气候变化,全球干旱的频率和严重程度预计会增加(Dai,  2013 年)。生态系统碳 (C) 和氮 (N) 循环会以多种方式受到干旱的影响,包括对植被的影响(Wu 等人,  2011 年)。植物性状研究有助于更好地理解植被对环境变化的响应以及植被对生态系统功能的影响(Funk 等人,2017 年;Lavorel 和 Garnier,  2002 年)。具体而言,与“资源经济谱”相关的特征可用于表征资源获取型和资源保守型增长战略之间的权衡(Reich,2014 年 

干旱可以通过影响群落组成和结构来改变植物群落特征,一些物种比其他物种更容易受到干旱的影响 (Fry et al.,  2013 )。此外,由于表型可塑性,干旱可以引起物种内的性状变化,表型可塑性是单个基因型根据环境条件呈现不同形式、物候和生理的过程 (Sultan, 2000  )。反过来,表型可塑性会影响植物-土壤中的碳和氮循环(de Vries 等人,  2016 年)。植物已经进化出一些特性,使它们能够通过避免和/或耐受策略来应对干旱(Lambers 等人,  2008 年),表型可塑性有助于它们的反应(Lozano 等人, 2020 年)。采用回避策略的植物具有增加水分吸收和/或减少损失的特性,例如:(i) 具有高叶/根干物质含量 (LDMC/RDMC)、高木质素含量和低比叶面积 (SLA)、比根长 (SRL) 和组织 N 含量可以减少水分流失 (Fort et al.,  2013 )。(ii) 具有高 SRL 的资源获取性细根可以提高水分吸收(Fort 等人,  2013 年;Padilla 等人,  2013 年)。(iii) 芽和根中非结构性碳水化合物 (NSC) 的积累可以通过降低植物组织渗透势来减少水分流失,并且还会影响形态特征,例如增加 LDMC 和 RDMC (Zwicke et al., 2015  )). (iv) 高根冠比可以增加水分吸收 (Poorter et al.,  2012 )。具有耐受策略的植物具有在干旱后重新生长的能力,例如,通过在组织中积累渗透保护剂 NSC,保护植物免受细胞损伤并促进重新生长(Zwicke 等人,2015 年 。然而,强烈的水分胁迫可能会抑制植物生长,以至于植物性状可塑性主要与生长减少有关,而不是对干旱的适应性反应。在这种情况下,干旱可能导致更高的 SLA、更低的 LDMC/RDMC 和更高的组织 N 含量(de Vries 等人,  2016 年)). 总之,干旱可以诱导不同方向的表型性状可塑性,这取决于植物的干旱策略和干旱胁迫的严重程度。

植物性状可塑性可能会影响生态系统过程,包括垃圾分解。凋落物分解是生态系统碳和氮循环的重要组成部分,因为它会影响植物和微生物的养分有效性,并影响微生物群落组成和碳储存(De Deyn 等人,2008 年 。垃圾分解率取决于几个相互作用的因素,包括垃圾质量、气候、土壤条件和分解者群落。然而,六大洲生物群落分解实验的荟萃分析结果表明,垃圾质量的影响大于气候变化的影响(Cornwell 等人,2008 年). 尽管由于衰老和养分吸收,凋落物的化学特性不同于新鲜植物材料的化学特性(Orwin 等人,  2010 年;Quested 等人,  2003 年),但物种间根系和枝条凋落物分解能力的相当一部分差异可以通常与新鲜植物材料的易于测量的特性相关联,例如 LDMC 和叶片氮含量(Bumb 等人,  2018 年;Cornwell 等人,  2008 年;Fortunel 等人,  2009 年;Kazakou 等人,  2009 年)。此外,研究表明,多种化合物对于解释物种间垃圾分解能力的差异很重要,例如纤维素、木质素和一系列 NSC(Gunnarsson 等人, 2008 ) 和植物次生代谢产物 (Chomel et al.,  2016 )。根的可分解性也可能与性状有关,尽管进行的研究较少且结果有些矛盾。例如,在地中海草本植物中,细根分解能力与根化学性状(磷、NSC 和半纤维素)有关,但与形态性状无关(Birouste 等,2012  。相比之下,温带树根分解与根直径、根半纤维素和 NSC 相关,但与根木质素无关 (Hobbie et al.,  2010 )。

干旱可以诱导与分解率差异相关的性状的表型可塑性,例如 LDMC/RDMC,以及 N、木质素、纤维素和 NSC 的含量。然而,据我们所知,干旱引起的性状可塑性对凋落物可分解性的影响迄今为止仅在一项针对四种树种根部的研究中进行了实验测试(Carrillo 等人,2022 年 。我们研究的目的是调查干旱引起的根和枝条性状的可塑性是否会改变它们在欧洲三种常见温带草原物种中的可分解性,因为草原覆盖了全球三分之一以上的陆地表面(Suttie 等人,2005 年 和持有大量 C 类股票(Read 等人,  2001 年)。我们种了多年生黑麦草、一种植物车前草和一种豆科植物车轴草在温室中生长,并对它们进行为期 5 周的实验性干旱。在干旱结束时,测量了一系列根和枝条性状,并对衰老的根和枝条材料进行了分解测定。测试了以下假设:(1) 所有三个物种的芽特征将转变为响应干旱的更资源保守的策略。(2) 根据植物种类的不同,根性状将转向更加资源保守的策略或转向更加资源获取的策略来应对干旱。(3) 向更保守的根或枝条性状的转变将导致凋落物分解减慢,而向更贪婪的性状转变将导致更快的凋落物分解。





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更新日期:2023-01-08
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