降水变化下荒漠草原优势植物功能性状对生物量分配的调节机制

doi:10.11686/cyxb2024489

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (11): 31-39.DOI: 10.11686/cyxb2024489

降水变化下荒漠草原优势植物功能性状对生物量分配的调节机制

马蓉¹^,²(), 李俊瑶¹^,³, 岳平¹, 马旭君¹, 白珍⁴, 庄玲⁴, 白敬⁵, 赵学勇¹, 王少昆¹()

^1.中国科学院西北生态环境资源研究院，干旱区生态安全与可持续发展重点实验室，乌拉特荒漠草原研究站，甘肃兰州 730000
^2.中国科学院大学资源与环境学院，北京 101408
^3.宁夏大学林业与草业学院，宁夏银川 750021
^4.巴彦淖尔市林业和草原事业发展中心，内蒙古巴彦淖尔 015015
^5.巴彦淖尔市林业和草原局，内蒙古巴彦淖尔 015015

收稿日期:2024-12-12 修回日期:2025-02-17 出版日期:2025-11-20 发布日期:2025-10-09
通讯作者: 王少昆
作者简介:E-mail： wangsk@lzb.ac.cn
马蓉（2001-），女，内蒙古乌兰察布人，在读硕士。E-mail： marong23@mails.ucas.ac.cn
基金资助:
内蒙古自治区科技重大专项“揭榜挂帅”项目(2024JBGS00130203)

Regulatory mechanisms of biomass allocation governed by functional traits of dominant plants in desert steppe under precipitation changes

Rong MA¹^,²(), Jun-yao LI¹^,³, Ping YUE¹, Xu-jun MA¹, Zhen BAI⁴, Ling ZHUANG⁴, Jing BAI⁵, Xue-yong ZHAO¹, Shao-kun WANG¹()

^1.Key Laboratory of Eco-Environmental Safety and Sustainable Development in Arid Regions，Urat Desert Grassland Research Station，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^2.College of Resources and Environment，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 101408，China
^3.School of Forestry and Grassland，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^4.Bayannur Forestry and Grassland Development Center，Bayannur 015015，China
^5.Bayannur Forestry and Grassland Administration，Bayannur 015015，China

Received:2024-12-12 Revised:2025-02-17 Online:2025-11-20 Published:2025-10-09
Contact: Shao-kun WANG

摘要/Abstract

摘要：

植物功能性状是决定植物生长和生存的关键特征，其在植物生物量分配中的作用对植物的环境适应性具有重要意义。通过控制试验研究降水变化对乌拉特荒漠草原优势植物沙生针茅和碱韭功能性状及生物量分配的影响，系统测定了不同降水处理下（减少50%降水、自然降水、增加50%降水）沙生针茅和碱韭的根系功能性状（比根长、根组织密度和比根面积）、叶片功能性状（比叶面积、叶干物质含量和叶组织密度）、地上生物量、地下生物量及根冠比。结果显示：1）碱韭的比叶面积随着降水减少显著增大，而沙生针茅的根、叶功能性状对降水变化的响应不显著。2）在减少50%降水时，碱韭地上生物量显著减少，地下生物量未发生显著变化，但根冠比显著高于自然降水；而在增加50%降水时，碱韭的地上地下生物量均无显著变化。在不同降水条件下，沙生针茅地上、地下生物量及根冠比均无显著变化。3）降水变化通过调节土壤电导率间接影响沙生针茅的生物量分配，通过调节比叶面积间接影响碱韭的生物量分配。研究结果为荒漠草原典型植物在降水变化下的生物量分配调节机制提供了理论依据。

关键词: 荒漠草原, 降水变化, 生物量分配, 功能性状, 沙生针茅, 碱韭

Abstract:

Plant functional traits are key characteristics determining plant growth and survival. The pattern of biomass allocation in plants is crucial for their ecological adaptability to varying environmental conditions. This study investigated the effects of precipitation changes on the functional traits and biomass allocation of Stipa caucasica and Allium polyrhizum， two dominant plant species in the Urat Desert steppe， through controlled simulation experiments. Root functional traits （specific root length， root tissue density， and specific root area）， leaf functional traits （specific leaf area， leaf dry matter content， and leaf tissue density）， aboveground biomass， belowground biomass， and root∶shoot ratio were systematically measured under three precipitation treatments （50% decrease in precipitation， natural precipitation， and 50% increase in precipitation）. The results showed that： 1） The specific leaf area of A. polyrhizum increased significantly under reduced precipitation， whereas the root and leaf functional traits of S. caucasica showed no significant response to precipitation changes. 2） Under a 50% reduction in precipitation， the aboveground biomass of A. polyrhizum decreased significantly， while its belowground biomass showed no significant change. However， the root∶shoot ratio was significantly higher than that under natural precipitation. In contrast， under a 50% increase in precipitation， both the aboveground and belowground biomass of A. polyrhizum remained unchanged. For S. caucasica， no significant changes in aboveground biomass， belowground biomass， or root∶shoot ratio were observed under the three tested precipitation regimess. 3） Precipitation changes indirectly affected the biomass allocationof S. caucasica by modifying soil electrical conductivity， while they influenced the biomass allocation of A. polyrhizum through the modulation of specific leaf area. The findings provide theoretical insights into the mechanisms of biomass allocation regulation in typical desert steppe plants under reduced， normal or increased precipitation conditions.

Key words: desert steppe, precipitation change, biomass allocation, functional traits, Stipa caucasica, Allium polyrhizum

马蓉, 李俊瑶, 岳平, 马旭君, 白珍, 庄玲, 白敬, 赵学勇, 王少昆. 降水变化下荒漠草原优势植物功能性状对生物量分配的调节机制[J]. 草业学报, 2025, 34(11): 31-39.

Rong MA, Jun-yao LI, Ping YUE, Xu-jun MA, Zhen BAI, Ling ZHUANG, Jing BAI, Xue-yong ZHAO, Shao-kun WANG. Regulatory mechanisms of biomass allocation governed by functional traits of dominant plants in desert steppe under precipitation changes[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(11): 31-39.

图/表 3

图1 降水变化对沙生针茅、碱韭地上地下功能性状及生物量的影响不同小写字母表示同一植物在不同处理间差异显著（P<0.05）。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments for the plant （P<0.05）.

Fig.1 Effects of precipitation changes on aboveground and belowground functional traits and biomass of S. caucasica and A. polyrhizum

图2 沙生针茅、碱韭生物量与功能性状和土壤因子的Mantel检验SLA：比叶面积Specific leaf area； LDMC：叶干物质含量Leaf dry matter content； LTD：叶组织密度Leaf tissue density； SRL：比根长Specific root length； SRA：比根面积Specific root area； RTD：根组织密度Root tissue density； SWC：土壤含水量Soil water content； EC：电导率Electrical conductivity； TC：全碳Total carbon； TN：全氮Total nitrogen； IN：无机氮Inorganic nitrogen； AGB：地上生物量Aboveground biomass； BGB：地下生物量Belowground biomass； R/S：根冠比Root to shoot ratio. 下同The same below. 图右上侧连线表示AGB、BGB、R/S与影响因素间Mantel检验后的相关性及其显著性，线条粗细表示相关性强弱，线条颜色表示显著性程度。图左下侧色块表示影响因素间Pearson相关性，色块大小表示相关系数绝对值大小。The lines on the top-right side of the figure represent the correlations and significance levels between AGB， BGB， RT， and the influencing factors after the Mantel test. The line thickness indicates the strength of the correlation， while the line color represents the degree of significance. The color blocks on the bottom-left side of the figure indicate the Pearson correlations between the influencing factors， with the block size reflecting the absolute value of the correlation coefficient.

Fig.2 The Mantel test for the biomass， functional traits， and soil factors of S. caucasica and A. polyrhizum

图3 降水变化下沙生针茅、碱韭植物性状与土壤因子对生物量分配的直接和间接影响的结构方程模型AIC：赤池信息准则Akaike information criterion. 单头箭头表示路径。黑色箭头表示显著效应，灰色箭头表示无显著效应。箭头处的数字为标准化路径系数（*： P<0.05， **： P<0.01， ***： P<0.001），反映了关系的效应大小。模型中每个响应变量旁的R2为各变量的解释比例。Single-headed arrows indicate pathways. Black arrows indicate significant effects and gray arrows indicate no significant effects. The numbers at the arrows are standardized path coefficients （*： P<0.05， **： P<0.01， ***： P<0.001）， which reflect the effect size of the relationship. The proportion of variance （R2） appears alongside each response variables in the model.

Fig.3 Structural equation models of direct and indirect effects of plant traits and soil factors on biomass allocation of S. caucasica and A. polyrhizum under precipitation variation

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Regulatory mechanisms of biomass allocation governed by functional traits of dominant plants in desert steppe under precipitation changes

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