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理解植物各器官间功能性状的关联,有助于确定控制功能性状的内在机制以及性状间的比例(scaling)关系。基于内蒙古温带草地19个地点、42种优势草本植物的野外观测,本研究分析了叶片、茎、生殖器官、细根(直径<1mm)和粗根(直径>1m/n)间功能性状(C、N、P含量、N:P比、比叶面积/比根长以及叶片和细根的组织密度)的关联,以及叶片和细根功能性状对气候因子(生长季温度和降水)的响应。主要结果如下:
(1)与禾草(grass)相比,非禾草(herb)相应器官(叶片、生殖器官、细根和粗根)的N、P含量更高(p<0.05),而细根的比根长更低(p<0.05);二者茎的C、N、P含量以及比叶面积都没有显著的差异(p>0.05)。豆科植物比非豆科植物相应器官具有更高的N含量(p<0.05),但二者的C、P含量以及比叶面积、细根的比根长都没有显著的差异(p>0.05)。与典型草原和草甸草原相比,荒漠草原植物叶片和生殖器官的N、P含量更高(p<0.05),而比叶面积更低(p<0.05);叶片、细根和粗根的N:P比以及细根的比根长在三种草地类型间都没有表现出明显的变化格局(p>0.05)。
(2)叶片和细根的平均N含量分别为26.4、10.9mgg-1,P含量分别为1.7、0.71mgg-1,N:P比分别为16.5、15.2。叶片和细根的P含量与中国草地植物的P含量相近,均低于全球植被的平均水平,而叶片和细根的N:P比高于全球平均水平。
(3)在种群和物种水平上,各器官的N和P含量都显著正相关(p<0.01):叶片的C含量与P含量显著负相关(p<0.05),C含量与N:P比显著正相关(p<0.05),P含量和N:P比显著负相关(p<0.05);细根的c含量与P含量、N:P比都没有显著的相关关系(p>0.05),而N含量和N:P比显著正相关(p<0.05)。在种群和物种水平上,各器官之间的N、P含量以及N:P比也都显著正相关(p<0.05);在叶片和生殖器官间、细根和粗根间的C含量都显著正相关(p<0.05),而叶片和细根间的C含量在种群水平上显著负相关(p<0.05),在物种水平上没有显著的相关关系(p>0.05)。
(4)叶片和细根的组织形态(比叶面积/比根长、组织密度)与化学组成(C、N、P含量和N:P比)之间没有一致的相关关系。在种群和物种水平上,比叶面积与叶片的c含量、N:P比都没有显著的相关关系(p>0.05),与叶片N、P含量和组织密度在种群水平上显著负相关(p<0.05),但在物种水平上没有显著的相关关系(p>0.05);除了在种群水平上比根长与细根的组织密度显著负相关外(p<0.05),比根长与细根的N、P含量、N:P比和组织密度都没有显著的相关关系(p>0.05),但与细根C含量在上述2个水平上显著正相关(p<0.05)。叶片和细根的组织形态之间也没有一致的相关关系。在种群和物种水平上,比叶面积和比根长没有显著的相关关系(p>0.05);叶片和细根的组织密度在种群水平上显著负相关(p<0.05),而在物种水平上没有显著的相关关系(p>0.05)。
(5)叶片的N、P含量、比叶面积和组织密度都受生长季温度和降水的限制(p<0.05),但其N:P比和C含量与上述气候因子没有明显相关关系(p>0.05)。细根的C、N含量和组织密度都受生长季温度和降水的限制(p<0.05),P含量与生长季温度关系密切(p=0.03),但与生长季降水没有显著的相关关系(p=0.22),比根长则不受上述气候因子的影响(p>0.05)。气候因子(生长季降水和温度)对叶片N、P含量和比叶面积以及细根的组织密度解释率相对较大(分别为31、18、15和15%),而对其它性状的解释率相对较弱(10%以内)。环境变量(气候、草地类型、土壤条件及其它因子)解释了叶片和细根6组性状变异的28-51%和1/19-36%,功能群和系统发育变量(科、属、种)则总共解释了叶片和细根6组性状变异的43-57%和52-74%。