苔藓养分‒光合性状及其权衡关系在海拔梯度上的变化

Bryophyte plays irreplaceable role in the alpine and subalpine ecosystems, but less is known about how their nutrient and photosynthetic traits and trade-off relationships change along the elevational gradient, limiting our understanding of its survival strategies and adaptation mechanisms. Thus, this project will choose 4 elevations (2100-2200 m、2700-2800 m、3300-3400 m and 3900-4000 m elev.) to form a typical elevational gradient in Hailuogou on the eastern slope of Gongga Mountain, choose 6 bryophyte species at each elevation, investigate the nutrient and photosynthetic trait levels (including the concentrations and ratios of nitrogen and phosphorus, photosynthetic gas-exchange traits and photosynthetic nutrient use efficiencies) and bivariate trait relationships across species along the elevational gradient. We aim to answer the following questions: 1) how the concentrations and ratios of nitrogen and phosphorus of bryophyte vary along the elevational gradient? 2) how the photosynthetic traits of bryophyte vary along the elevational gradient? And 3) whether and how the varied elevations affect the nutrient-photosynthetic trait trade-off relationships across bryophyte species? Investigating the nutrient and photosynthetic traits and their trade-off relationships across bryophyte species along an elevational gradient is conductive to better assess the contribution of bryophyte to the alpine and subalpine ecosystems, provides theoretical evidence for exploring their unique evolutionary adaptation mechanism, and is an important supplement of the current functional trait relationship research of plants.

苔藓在高山亚高山区具有不可替代的重要作用，然而目前还不清楚该区域苔藓养分、光合性状随海拔高度变化会产生怎样的生理生态适应性改变，导致我们无法深入解释它们特殊的生存适应机制。本申请选择贡嘎山东坡海螺沟4个海拔高度带（2100-2200、2700-2800、3300-3400及3900-4000m）构成代表性海拔梯度带，在每个海拔高度选择6种常见地表平伏型苔藓，研究其氮、磷元素含量及计量比、光合气体交换参数、光合养分利用效率及养分‒光合性状权衡关系的海拔梯度变化格局。旨在回答以下科学问题：1）海拔高度变化对苔藓氮、磷含量及计量比有何影响？2）海拔高度变化对苔藓的光合性状有何影响？3）苔藓的养分–光合性状权衡关系随海拔变化会有怎样的改变？该研究有助于准确评估苔藓对高山亚高山生态系统的贡献，为揭示其独特的适应进化机制提供养分利用与光合生理生态学证据，同时是对已有植物功能性状谱系研究的重要补充。

植物功能性状关系是目前生态学研究的热点问题，但对苔藓的相关研究极其匮乏。本项目在四川省贡嘎山海螺沟四个海拔高度（2337，2770，3014，3597米）采集苔藓40组（n=4），共22种，测定了其C、N、P养分含量，并在3个较高的海拔高度选择测定了30组共计19种苔藓的光合光响应曲线（野外原位实验）。此外，还选取三种具有不同外形及解剖结构的藓类植物，研究了截断非光合组织对其光合作用能力的影响。并且原位测定了3014米海拔高度上，9种苔藓3天的光合速率日动态曲线。.本项目首先证实了①苔藓的光合组织也存在与维管植物叶片经济型谱系相类似的权衡特征，但二者的性状关系回归方程参数具有很大差异，苔藓倾向于将更高比例的氮、磷养分分配到代谢活动中；进而发现②苔藓光合作用相关性状与其适应策略具有明显关联；而后③抓住苔藓变水植物的特性，提出了苔藓光合-持水能力权衡谱系的假说，证明藓类的光合作用最适含水量、水分区间与它们的储水、持水能力相匹配（光合作用对水分利用的适应）；④在空间尺度上从点到线证明海拔变化对苔藓功能性状关系的影响及其响应，苔藓的C、N、P养分含量随海拔升高呈现下降趋势，直立苔藓比平伏苔藓具有更高的C、N含量，而土生苔藓比树生和石生苔藓具有更高的P含量。⑤去除藓类植物的非光合组织会快速降低具有较强内导水能力的藓类的光合作用速率，光合组织的光合作用速率会逐渐恢复。.以上工作，是对已有植物功能性状关系网络在研究对象，研究内容及研究尺度上的拓展。收集苔藓功能性状数据，探索、比较其功能性状关系，有助于揭示它们特殊的适应进化机制，加强我们对特殊生态系统能量流动和物质循环规律的认识。.基于本项目，主持人协助培养了两位硕士研究生，发表了4篇SCI论文，录用了一篇核心期刊综述，目前还有一篇SCI论文在投，剩余数据预计再完成两篇SCI论文。此外，主持人还在世界植物学大会及中国苔藓植物学高端论坛上发表口头报告介绍项目内容及研究成果。