植物功能性狀通常反映環(huán)境變化下植物資源獲取和投資之間的權衡策略。植物葉片，作為將無機碳轉化為有機碳的主要器官，其比葉面積（即單位面積的葉片質(zhì)量，LMA) 表征著葉片形態(tài)、生理和生化功能，以及生態(tài)系統(tǒng)特征和過程，是“葉片經(jīng)濟譜(Leaf Economics Spectrum)”理論的核心性狀。因此，準確理解LMA變化的非生物驅(qū)動因素以及LMA的結構和組成基礎，是我們預測陸地生態(tài)系統(tǒng)功能對氣候變化響應的關鍵。大量的前期研究探討了LMA及其組成對自然界各種環(huán)境變化的響應，證實光是驅(qū)動LMA變化的主導因子，其重要性遠超溫度、水分、養(yǎng)分、CO2等其他條件。但是，由于太陽光由不同波段的光譜組成，而以往主要集中在可見光波段的光強研究，以至于到目前為止，缺少對光譜分區(qū)作用機理的理解。
基于此，我所森林生態(tài)系統(tǒng)管理組選擇溫帶森林11種常見草本植物作為材料，對冠層光譜進行衰減處理，準確量化了LMA及其結構組成（葉片密度 厚度=LMA）、以及葉片質(zhì)量相關的元素含量和次生代謝物的光譜響應。結果顯示，在相同光強條件下，LMA 變化受UV-B輻射（280-315nm）和綠光（500-600nm）驅(qū)動，在結構上主要取決于密度而不是厚度。且LMA和密度，均與單位質(zhì)量的木質(zhì)素、非結構性碳水化合物和可溶性糖顯著負相關關系，說明植物在葉片結構和代謝功能之間的資源分配存在著權衡策略，即植物傾向于將更多生物量優(yōu)先投資到葉片結構。這一研究成果，明確了驅(qū)動LMA變化的主導光譜，突破了以光強為研究核心的傳統(tǒng)認知；進一步闡明了無論光強如何變化，冠層太陽輻射的光譜組成均可以通過調(diào)整資源投資和結構支撐的關系，來調(diào)節(jié)LMA，有助于理解陸地植物對地球環(huán)境變化的適應策略，和預測陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的響應特征。
該研究結果以“Leaf density and chemical composition explain variation in leaf mass area with spectral composition among 11 widespread forbs in a common garden”為題發(fā)表于植物生理學Physiologia Plantarum雜志上。我所森林生態(tài)系統(tǒng)管理組王慶偉研究員為該文的第一作者兼通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金面上項目、中科院“人才計劃”等項目的資助。
