Nature：气候变暖下苔原植物功能性状的变化
苔原是地球上最寒冷的生态系统，其增温速度比地球上其它任何生物群落都要快。气候变暖正在推动苔原生态系统的结构和组成发生变化，并可能产生全球性后果。世界上高达 50% 的地下碳储量包含在永久冻土中，预计在下个世纪，苔原地区将贡献大部分由变暖引起的土壤碳损失。
植物性状强烈影响碳循环和生态系统的能量平衡，进而影响区域和全球气候。量化环境和植物功能性状之间的联系对于理解气候变化的后果很重要，但此类研究很少延伸到苔原。因此，地球上最寒冷的生态系统中气候与植物性状之间关系的全面程度还有待评估，气候变暖对苔原功能变化的影响在很大程度上仍然未知。
对此，结合117个苔原站点植被调查数据和公开性状数据库（TRY和TTT性状数据库）中的共56,000个植物性状观测数据，研究人员从空间和时间（30年）尺度探究了群落温度、水分和7个关键植物功能性状的关系。这7个功能恩性状分为3大类，分别是：
植物大小性状：成熟木高度、叶面积
资源经济性状：比叶面积、叶氮含量、叶片干重
群落水平性状：木质化（木本植物占样地的丰度比例）、常绿性（常绿木本占样地木本植物的丰度比例）
Figure 1 | 性状和植被调查数据的地理分布，及其气候变化状况。（a）56,048个苔原性状记录和117个植被调查站点。117个植被调查站点的（b）温度和（c）霜日频率。
研究人员首先研究了植物性状如何随着整个苔原生物群落的温度和土壤湿度而变化。然后，对种内性状变异（ITV）与群落水平性状变异CWM）对空间温度-性状关系的相对影响进行了量化。最后，检验了空间温度-性状关系是否可以通过物种丰度或物种周转（存在或不存在）的地点间差异来解释。
土壤水分影响温度-性状关系的方向和强度
研究发现，温度和性状的空间之间的联系非常紧密，但土壤水分对这些关系的强度和方向有着显著的影响，突出了水分可用性变化对苔原植物群落未来性状变化的潜在重要影响。
因此，未来变暖驱动的性状和相关生态系统功能的变化可能将取决于一个地点当前的土壤水分条件。此外，未来水供应的变化（例如，由于降水、融雪时间、永久冻土和水文的变化）可能导致这些性状及其相关功能的实质性转变。
Figure 2 | 温度和土壤水分梯度的性状空间关系主要由物种周转率来解释
群落高度对气候变暖最为敏感，其他性状远逊
在过去30年中，所有地点的群落高度都随着气候变暖而增加（主要和灌木的扩张有关），但其他性状的变化远远落后于预测的变化率。研究结果表明与植物高度密切相关的功能将经历最快速的变化。
群落高度的增加主要归因于物种的更替，并且是由高大物种的迁入而非矮小物种的损失所驱动。这种变化可能反映了高大物种在纬度和海拔高度上的迁移，或来自附近温暖的小气候中的本地物种库。
Figure 3 | 随着时间的推移，苔原群落高度增加与变暖有关。
Figure 4 | 群落高度的增加和“时空替代法”预测一致，但其它性状滞后。
随着地球系统模型越来越多地纳入特征与环境之间的关系，大大改善了对生态系统变化的评估。研究结果通过明确量化整个生物群落的温度、湿度和关键功能特征之间的联系，为这些未来苔原功能变化的预测提供了参考依据。特别是，研究强调了考虑未来水资源可用性变化的重要性，因为这可能会影响许多性状的变化幅度和方向。
研究揭示空间性状与环境的关系主要由物种更替驱动，这表明在预测未来功能转变的速度时，建模工作必须考虑到物种的迁移速率。许多性状（例如，SLA）的变化率落后预期，这一点则强调了利用时空替代法（space-for-time substitution）来预测未来变暖后果的挑战。
论文作者：Anne D. Bjorkman【 University of Edinburgh】，2018-9-26发表于Nature。
转自：“生态趋势”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
