叶功能性状和植物谱系对叶凋落物分解的影响

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凋落物分解是生态系统养分循环的关键过程之一。影响凋落物分解速率的决定性因素是凋落物的质量,即植物功能性状。植物功能性状是在植物系统发育过程中不断变化的。因此,植物的系统发育关系(谱系)可能与叶片凋落物分解速率之间存在某种直接或间接的关系。然而,很少有分解研究将植物的谱系考虑在内。本文主要着眼于研究叶片性状和植物谱系如何影响叶片凋落物分解过程。主要的研究结果如下:  (1)干旱半干旱区凋落物分解研究结果显示:较高太阳辐射使得凋落物分解速率与功能性状之间的关系区别于没有太阳辐射条件下两者的关系。其中,叶片的比叶面积可以很好地预测太阳辐射对物种凋落物分解速率的相对重要性,而在去除太阳辐射的条件下,叶片凋落物的分解速率与凋落物初始的C/N显著相关。此外,本实验通过“独立差”检验的方法去除掉谱系对所研究的功能性状与凋落物分解速率之间的关系的影响。结果发现在没有谱系的影响下,性状与凋落物分解速率间的关系不再显著。说明谱系的确对性状与凋落物分解速率之间的关系存在一定的影响。  (2)植物叶片凋落物的可降解性本身也是一种植物功能性状,更确切地说是植物的一种“效应性状”。本研究利用实验的方法获得了48个温带树种叶片凋落物的可降解性,并测量了与其相关的7个叶片性状。经过模型模拟分析,本研究发现Ornstein-Uhlenbeck(OU)模型是所有叶片性状及叶片凋落物可降解性的进化最优模型。这一结果说明叶片凋落物可降解性的进化可能受到植物系统发育过程中某些制约叶片功能性状进化的因素的制约。因此,植物系统发育可以通过影响叶片性状来间接影响叶片凋落物的可降解性。  (3)关于蔷薇类(Rosales)植物凋落物养分动态的研究结果表明不同温带树种凋落物在分解过程中养分元素的积累与释放格局是不同的,这一格局还可能根据所研究的不同化学元素的不同而有所差异。此外,为了预测这一格局,本研究发现叶片硬度可能成为未来预测分解过程中养分动态变化的一个较为容易获得的植物功能性状,而物种间的系统发育关系(亲缘关系远近)并不能很好预测凋落物分解过程中养分的动态格局。  (4)针对凋落物混合物的研究结果表明混合物间较大的谱系距离对凋落物混合物物种间性状的差异主要是正的效应,而很少有负的效应。较大的谱系距离并没有影响凋落物混合物的生物量减少,但是却降低了凋落物混合物的微生物生物量并增加了剩余凋落物的C/N。因此,较小的谱系距离可能有助于微生物分解者分解凋落物,并促进凋落物混合物的化学转化。这也为以后的研究提供了一个新的假说:近缘物种共存可能会促进养分的可获得性。  本文给我们如下启示:(1)植物功能性状与叶片凋落物分解速率的关系在某种程度上依赖于植物的系统发育关系,且这种关系由于太阳辐射的存在与否可能有所不同。(2)植物的系统发育过程会影响某些与叶片凋落物可降解性相关的叶片性状的进化,进而影响到植物叶片凋落物的可降解性。本文也第一次给出实验证据证明了叶片凋落物可降解性这一重要生态系统功能的进化不是完全随机的,要受到很多制约叶片性状进化的因素的限制。(3)叶片硬度这一重要功能性状可能成为未来预测凋落物分解过程中元素动态变化的一个有利工具,而物种间系统发育关系的远近并不能很好预测叶片凋落物分解过程中的养分动态变化。(4)谱系距离与凋落物混合物分解的关系一般为负相关或者不相关,这意味着谱系距离较近的物种共存可能促进微生物的活动,进而促进植物自身生长。值得注意的是,我们认为植物谱系是未来研究叶功能性状与凋落物分解的一个有效工具,但它不能直接作用于凋落物的分解过程,而是必须通过功能性状间接影响生态系统这一重要功能:凋落物分解。
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