文章概述

西北农林科技大学林学院王瑞丽副教授团队在生态学领域国际期刊 Functional Ecology 发表题为 “Aridity-dependent regulation of water-use efficiency by leaf vein traits across grassland communities” 的研究论文。该研究以内蒙古高原和青藏高原两条典型草地干旱梯度为对象，揭示了草地群落叶脉性状调控生态系统水分利用效率的干旱依赖机制。

研究背景

水分是限制干旱和半干旱地区植物生长与生态系统功能的关键因子。随着全球干旱化加剧，植物群落如何调节自身功能性状以维持碳吸收和水分利用，已成为生态学研究的重要问题。叶片是植物水分运输路径的末端，也是连接植物碳同化与水分消耗的关键器官。其中，叶脉网络如同叶片内部的“供水管网”，其密度、直径和结构投入影响叶片水力导度，并进一步调节气孔开放、光合作用和蒸腾过程。然而，已有研究多集中于物种尺度，对群落尺度叶脉性状如何沿干旱梯度变化，并进一步影响生态系统水分利用效率，仍缺乏系统认识。

研究方案

研究团队在内蒙古高原和青藏高原沿东西样带选择了20个天然草地群落，涵盖草甸草原、典型草原和荒漠草原等草地类型，共测定185种植物的叶脉性状，并基于叶脉结构模型估算叶片水力导度（Kleaf）。同时，研究采用群落加权方法，将物种尺度叶脉性状拓展至群落尺度，并结合总初级生产力和蒸散数据，计算生态系统水分利用效率（WUE），系统解析叶脉结构、水力功能与生态系统碳—水耦合之间的关系。

图1 研究区域、技术路线与概念框架：从物种叶脉性状到群落水分利用效率

研究结果

研究发现，内蒙古高原草地群落的叶脉性状对干旱表现出明显的非线性阈值响应，其关键阈值约为0.8。在阈值以下，随着干旱度增强，群落叶脉密度、叶脉直径和叶脉面积指数均显著下降，叶片水力导度是影响生态系统水分利用效率的主要因素。当干旱程度超过这一阈值后，叶脉密度和叶脉效率反而增加，而干旱度本身成为水分利用效率变化的主要驱动因子。也就是说，在极端干旱条件下，环境胁迫对生态系统功能的直接限制增强，叶片功能性状对水分利用效率的调控作用相对减弱。

进一步分析表明，这一阈值响应伴随着植物群落组成和生活史策略的转变。在阈值以下（相对较湿润区域），群落以高叶脉结构投入、耐旱性较强的多年生植物为主；而在阈值以上（极端干旱区域），群落逐渐转向低结构投入、高运输效率、以逃避干旱为主要策略的一年生植物。

与内蒙古高原不同，青藏高原草地群落叶脉性状随干旱度增强呈线性下降，并未表现出明显阈值响应。

图2 草地群落叶脉性状沿干旱梯度的阈值响应

图3 叶脉性状、叶片水力导度与水分利用效率之间的调控关系

总体而言，该研究表明，草地生态系统水分利用效率的调控机制具有明显的干旱依赖性。在相对有利的水分条件下，叶脉结构通过影响叶片水力导度，成为连接植物功能性状与生态系统碳—水耦合的重要桥梁；而在极端干旱条件下，环境过滤、群落组成变化和生活史策略转变则逐渐成为影响生态系统功能的关键因素。本研究从群落尺度拓展了植物叶片水力性状研究，为理解干旱化背景下草地生态系统响应机制提供了新的证据，也为改进干旱区生态系统模型提供了重要参考。

论文信息

Aridity-dependent regulation of water-use efficiency by leaf vein traits across grassland communities

Meixu Han a, Xiaochun Wang a, Min Ji, Miao Liu, Changju Luo, Qiang Li, Tong Yang, Xiang Li, Yan Gu, Zhibo Wang, Ruili Wang *, Nianpeng He

Functional Ecology

DOI：10.1111/1365-2435.70386

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期刊简介

Functional Ecology (FEC)是英国生态学会旗下、由Wiley出版的生态学期刊。期刊重点关注生态格局和生态过程背后的作用机制，涵盖个体、种群、群落和生态系统等不同组织层次，尤其重视生物功能性状、生理生态过程、物种相互作用及生物对环境变化的响应。期刊致力于发表能够深化生态学机制认识并推动生态学理论发展的原创研究。

2025 JIF：5.5 ｜ CiteScore：9.5

https://onlinelibrary.wiley.com/journal/14749726

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