基于性狀生態(tài)學(xué)研究的一條基本假設(shè)是植物的功能性狀能夠影響植物個(gè)體的表現(xiàn)進(jìn)而決定植物在群落中的適合度以及種群增長(zhǎng)率，然而這一假設(shè)缺乏堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)前的研究發(fā)現(xiàn)植物功能性狀與其表現(xiàn)（存活、生長(zhǎng)或繁殖）的關(guān)系較弱甚至沒(méi)有關(guān)系，其主要原因可能：（1）功能性狀預(yù)測(cè)植物表現(xiàn)取決于植物個(gè)體所處的環(huán)境，因此研究性狀表現(xiàn)關(guān)系可能需要考慮性狀與環(huán)境的相互作用；（2）植物性狀與環(huán)境都是多維的，但以往的研究很少考慮到性狀與環(huán)境的高階相互作用；（3）以往性狀-表現(xiàn)關(guān)系的研究普遍采用物種平均性狀來(lái)代替植物個(gè)體的性狀，而忽略種內(nèi)性狀變異的影響。目前還沒(méi)有研究同時(shí)考慮以上三個(gè)方面對(duì)基于性狀生態(tài)學(xué)的基本假設(shè)進(jìn)行全面的驗(yàn)證。
我校生命科學(xué)學(xué)院儲(chǔ)誠(chéng)進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)于2011年依照全球森林監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)共用的大樣地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，在廣東省肇慶市黑石頂省級(jí)保護(hù)區(qū)建立了一個(gè)50公頃的亞熱帶森林大樣地，于2012年完成了第一次普查，對(duì)近273,000棵樹(shù)進(jìn)行掛牌定位、樹(shù)種鑒別及胸徑測(cè)量，并于2017年進(jìn)行了第二次普查。該研究從中選取了近4000株植物個(gè)體，同時(shí)測(cè)量了7個(gè)與生長(zhǎng)和存活相關(guān)的功能性狀以及植物所處的微環(huán)境（土壤有機(jī)質(zhì)、土壤酸度及林下透光率），并記錄了兩次普查間植物的存活和死亡情況及相對(duì)生長(zhǎng)率。構(gòu)建了物種水平及個(gè)體水平上植物表現(xiàn)（存活和生長(zhǎng)）與多維性狀、多維環(huán)境間的統(tǒng)計(jì)模型，量化了初始大小、性狀和環(huán)境主效應(yīng)、性狀和環(huán)境二階相互作用、性狀和環(huán)境三階相互作用、性狀和環(huán)境四階相互作用等各項(xiàng)所解釋的比例。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)植物在不同的環(huán)境背景中不同的功能性狀組合下會(huì)有多個(gè)最優(yōu)的適合度 (圖1)，這表明確實(shí)存在著高階的性狀與環(huán)境相互作用。然而，在黑石頂這種環(huán)境異質(zhì)性較低的森林樣地中，高階相互作用對(duì)模型的預(yù)測(cè)顯得并不是那么重要 (圖2)。同時(shí)，個(gè)體水平上的性狀并沒(méi)有使得模型有更好的預(yù)測(cè)，也未使得性狀與環(huán)境的高階相互作用項(xiàng)更容易被檢測(cè)出來(lái)。
圖1 在土壤有機(jī)質(zhì)及土壤酸度組合的四個(gè)環(huán)境背景中，葉氮含量及葉干物質(zhì)含量預(yù)測(cè)植物存活模型的展示
圖2 預(yù)測(cè)植物表現(xiàn)模型的效力被各項(xiàng)因子的解釋占比
儲(chǔ)誠(chéng)進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)的研究表明，在較為均質(zhì)的環(huán)境中，功能性狀與局域環(huán)境的相互作用也許能夠被忽略而不會(huì)使得對(duì)植物表現(xiàn)的預(yù)測(cè)出現(xiàn)較大的偏差。這意味著今后的研究需要在更大的尺度上或者嚴(yán)格控制環(huán)境梯度的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步檢測(cè)這種高階相互作用對(duì)植物個(gè)體表現(xiàn)及適合度的影響。
近日，該團(tuán)隊(duì)在New Phytologist上發(fā)表了題為“The complexity of trait-environment performance landscapes in a local subtropical forest”的研究論文，揭示了亞熱帶森林中環(huán)境與性狀的高階相互作用在預(yù)測(cè)植物適合度模型中的復(fù)雜性。儲(chǔ)誠(chéng)進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)博士后李遠(yuǎn)智和博士生江園為共同第一作者。
