Ecology | 植物通过改变根系的垂直分布而非生物量分配来响应降水量的变化

阐明生态系统净初级生产力（NPP）分配格局的变化及其潜在机制，对于理解生态系统地上和地下功能的变化具有重要意义。最优分配理论认为，植物应将更多的NPP分配给获得最有限资源的器官，这一理论已被广泛用于解释与预测降水变化下的NPP分配。然而，证实这一理论的证据大多来自观测到的多个生态系统间的降水量与NPP分配关系的空间变化，而不是直接来自系统内降水变化对NPP分配的影响。本研究在一个半干旱草原上进行了为期6年共5个降水梯度的控制试验，以检验是否可以用最优分配理论来解释NPP分配的变化，以及在不改变NPP分配的情况下如何维持植物群落的需水量。根据过去60年的历史降水量的变化，将30个降水等级（5级×6年）分为干旱、标称和湿润三个降水的范围。

结果表明，当降水量减少时，地上的NPP（ANPP）和地下的NPP（BNPP）均呈非线性增加，而NPP分配给BNPP（f_BNPP）与降水量呈凹二次函数关系（concave quadraticrelationship）。在干旱范围内，f_BNPP随降水量增加而下降，这支持了最优分配理论。然而，在标称降水范围内，NPP分配不受降水量变化的影响；反而随着降水量的增加，BNPP更多地分布在土壤表层（0－10 cm），而随着降水量的减少，BNPP更多地分布在土壤深层（10－30 cm）。根系觅食的响应似乎是一种满足植物需水量的策略，这部分解释了稳定NPP的分配模式。总之，我们的结果表明，植物在干旱胁迫下可以调整其垂直BNPP分布，只有在极端干旱的情况下才严格应用最优分配理论，这强调了降水量变化下植物的适应和生长的环境依赖性。

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论文链接

https://doi.org/10.1002/ecy.2828

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