中亚沙漠地带藜亚科植物的叶片和茎部养分变化模式及其调控因素

《BMC Plant Biology》：Leaf and stem nutrient variation patterns and controls of Chenopodioideae plants along a desert transect in Central Asia

　　

摘要

藜科植物是中国和中亚干旱地区沙漠生态系统中的主导成分，在维持生态系统稳定性方面发挥着关键作用，同时也为研究沙漠植被的进化与环境适应性提供了宝贵依据。然而，在科这一分类级别上，藜科植物各功能群和植物器官之间的化学计量比仍鮮为人知。我们在中国西北部一个超过2000公里的沙漠地带调查了68个地点，收集了39种藜科植物的叶片和茎部样本。经过数据预处理和标准化后，保留了167个独立的叶片单元和161个独立的茎部单元用于后续分析。我们研究了氮（N）、磷（P）和钾（K）在功能群（C3植物与C4植物；乔木、灌木和草本植物）和器官（茎和叶）之间的变化模式及其环境驱动因素。与全球和国家数据集相比，藜科植物的氮浓度较低（茎中为8.846毫克/克，叶中为15.768毫克/克），而磷和钾的浓度较高（茎中分别为1.235毫克/克和1.497毫克/克，叶中分别为23.758毫克/克和27.656毫克/克），这表明可能存在氮素限制。大多数功能群和器官之间的养分浓度存在显著差异。基于群落加权平均值，叶片在功能群中的磷-钾比例指数始终低于茎部，表明叶片具有更强的钾相关抗逆性。茎和叶中的氮、磷以及氮磷比和磷钾比展现出稳态或严格稳态的特征，支持了“限制性元素稳定性假说”。养分特征在纬度、经度和干旱梯度上的响应存在差异，反映了多样的适应策略。环境驱动因素因养分类型和器官而异。土壤、气候和地理因素通过相互作用途径共同调节养分浓度和比例，其中土壤因素通常具有更强的相对影响。总体而言，我们的研究揭示了藜科植物在不同功能群和器官间存在差异但部分趋同的化学计量策略，突出了干旱沙漠生态系统中适应性养分调节机制的重要性。