荒漠植物功能性状权衡及其生态适应意义研究进展

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2026.00087

摘要/Abstract

摘要：

荒漠植物长期处于水分亏缺、土壤贫瘠、高温强光、盐分胁迫和风沙扰动等复合环境中，其生态适应并非由单一性状决定，而是叶片、根系、茎干水力和碳分配储存等多类功能性状协同调节与权衡优化的结果。本文围绕荒漠植物功能性状体系及其生态功能，综述叶片资源获取与资源保守、根系水分获取与养分获取、水力效率与水力安全、光合碳获取与蒸腾失水、地上生长与地下投入，以及生长、防御与储存等主要权衡机制。荒漠植物通过小叶厚叶、深根或二型根系、高水力安全、气孔调节和非结构性碳水化合物储存等性状组合，在短期资源利用和长期生存风险之间形成动态平衡。功能性状权衡不仅有助于解释荒漠植物抗旱适应和物种共存机制，也可用于预测气候变化背景下荒漠植被变化，并为固沙植物筛选与植被恢复提供性状导向的理论依据。未来研究需加强整株性状网络、复合胁迫、长期动态、干旱—复水循环和恢复应用研究，推动荒漠植物功能性状研究由相关性描述转向机制验证和生态应用。

关键词: 荒漠植物, 功能性状, 性状权衡, 抗旱适应, 水力安全, 碳储存, 植被恢复

Abstract:

Desert plants are exposed to chronic water limitation， nutrient-poor soils， intense radiation， high temperature， salinity and wind disturbance. Their ecological adaptation is not determined by a single trait， but by the coordinated regulation and trade-offs among leaf traits， root traits， stem hydraulic traits， and carbon allocation and storage traits. This review summarizes the functional trait system of desert plants and discusses the major trade-off mechanisms， including leaf resource acquisition versus conservation， root water acquisition versus nutrient acquisition， hydraulic efficiency versus safety， photosynthetic carbon gain versus transpirational water loss， aboveground growth versus belowground investment， and growth-defense-storage allocation. Desert plants achieve dynamic balance between short-term resource use and long-term survival risks through trait combinations such as small and thick leaves， deep or dimorphic root systems， high hydraulic safety， stomatal regulation and non-structural carbohydrate storage. These trade-offs provide a mechanistic basis for understanding drought adaptation and species coexistence in desert communities， predicting vegetation responses to climate change， and guiding trait-based selection of sand-fixing species and vegetation restoration. Future studies should emphasize whole-plant trait networks， combined stress experiments， long-term dynamics， drought-rewatering cycles and restoration applications， so as to move from correlation-based descriptions toward mechanistic validation and ecological application.

Key words: desert plants, functional traits, trait trade-off, drought adaptation, hydraulic safety, carbon storage, vegetation restoration

中图分类号:

Q945

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图/表 2

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功能性状类别	主要性状指标	生态功能及荒漠适应意义
叶片形态性状	叶面积、叶厚度、比叶面积（SLA）、叶质量面积（LMA）、叶干物质含量（LDMC）、叶组织密度、叶片肉质化程度	反映叶片资源获取、建成成本、寿命和抗脱水能力^[4,11]；小叶、厚叶、高LMA和高LDMC有利于节水抗逆，较高SLA则利于快速获碳和利用降水脉冲^[12-13]
叶片生理性状	净光合速率（Pn）、气孔密度、气孔大小、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO₂浓度、水分利用效率（WUE）、叶绿素含量、叶片温度	表征光合获碳、蒸腾耗水、气孔调节和水分利用效率；较高光合速率利于短期碳积累，较强气孔调节和较高WUE有助于维持干旱下碳—水平衡
叶片化学计量性状	叶碳、氮、磷含量，C:N、C:P、N:P，叶片可溶性糖、脯氨酸、抗氧化酶活性	反映养分投资、光合潜力及抗逆防御能力；较高叶氮、叶磷利于光合提升，渗透调节物质和抗氧化系统有助于抵御干旱、高盐和强辐射胁迫^[4,6,14-15]。
根系构型性状	根深、最大根系深度、根冠比、根长密度（RLD）、根系水平扩展范围、浅层根与深层根比例、二型根系特征	决定不同土层水分和养分获取能力；深根利于稳定利用深层水源，浅根利于快速响应降水脉冲，二型根系兼具表层资源利用和深层取水优势^[16-17]。
细根经济性状	比根长（SRL）、比根面积（SRA）、细根直径、根组织密度（RTD）、根干物质含量、细根寿命、细根周转速率	表征根系吸收效率、建成成本和资源周转；高SRL、高SRA利于快速捕获水分和养分热点，高RTD及较长细根寿命有助于长期维持^[11,18]。
茎干结构性状	木材密度、导管直径、导管密度、导管壁厚、导管连通性、边材面积、木质部解剖结构	决定水分运输、机械支持和抗栓塞能力；大导管利于提高水力效率和生长潜力，小导管、高木材密度和厚导管壁则增强水力安全和长期存活^[19-21]。
水力功能性状	木质部导水率、边材比导率、叶片水力导度、根水力导度、叶水势、枝水势、膨压丧失点、木质部导水率损失50%时的水势（P50）、木质部导水率损失88%时的水势（P88）、水力安全边际、气孔关闭阈值	表征水分运输、抗栓塞、气孔调节和干旱死亡风险；高水力效率利于水分改善时快速获碳，高水力安全性则降低长期干旱和高VPD下的水力失败风险^[22-25]。
生物量分配性状	地上生物量、地下生物量、根冠比、叶生物量比例、茎生物量比例、根生物量比例、繁殖分配比例	反映光合产物在获碳、取水、支撑、繁殖和储存间的分配；地下投入利于稳定获取水分养分，地上投入则利于短期生产和快速更新^[26-27]。
碳储存性状	非结构性碳水化合物（NSC）含量、可溶性糖、淀粉、不同器官NSC分配、结构性碳投入、碳储备动员速率	维持干旱期代谢、渗透调节、防御修复和复水后生长；可溶性糖利于渗透调节和细胞保护，淀粉则支持持续干旱与复水阶段的呼吸维持、器官再生和水力修复^[28-29]。

功能性状类别	主要性状指标	生态功能及荒漠适应意义
叶片形态性状	叶面积、叶厚度、比叶面积（SLA）、叶质量面积（LMA）、叶干物质含量（LDMC）、叶组织密度、叶片肉质化程度	反映叶片资源获取、建成成本、寿命和抗脱水能力^[4,11]；小叶、厚叶、高LMA和高LDMC有利于节水抗逆，较高SLA则利于快速获碳和利用降水脉冲^[12-13]
叶片生理性状	净光合速率（Pn）、气孔密度、气孔大小、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO₂浓度、水分利用效率（WUE）、叶绿素含量、叶片温度	表征光合获碳、蒸腾耗水、气孔调节和水分利用效率；较高光合速率利于短期碳积累，较强气孔调节和较高WUE有助于维持干旱下碳—水平衡
叶片化学计量性状	叶碳、氮、磷含量，C:N、C:P、N:P，叶片可溶性糖、脯氨酸、抗氧化酶活性	反映养分投资、光合潜力及抗逆防御能力；较高叶氮、叶磷利于光合提升，渗透调节物质和抗氧化系统有助于抵御干旱、高盐和强辐射胁迫^[4,6,14-15]。
根系构型性状	根深、最大根系深度、根冠比、根长密度（RLD）、根系水平扩展范围、浅层根与深层根比例、二型根系特征	决定不同土层水分和养分获取能力；深根利于稳定利用深层水源，浅根利于快速响应降水脉冲，二型根系兼具表层资源利用和深层取水优势^[16-17]。
细根经济性状	比根长（SRL）、比根面积（SRA）、细根直径、根组织密度（RTD）、根干物质含量、细根寿命、细根周转速率	表征根系吸收效率、建成成本和资源周转；高SRL、高SRA利于快速捕获水分和养分热点，高RTD及较长细根寿命有助于长期维持^[11,18]。
茎干结构性状	木材密度、导管直径、导管密度、导管壁厚、导管连通性、边材面积、木质部解剖结构	决定水分运输、机械支持和抗栓塞能力；大导管利于提高水力效率和生长潜力，小导管、高木材密度和厚导管壁则增强水力安全和长期存活^[19-21]。
水力功能性状	木质部导水率、边材比导率、叶片水力导度、根水力导度、叶水势、枝水势、膨压丧失点、木质部导水率损失50%时的水势（P50）、木质部导水率损失88%时的水势（P88）、水力安全边际、气孔关闭阈值	表征水分运输、抗栓塞、气孔调节和干旱死亡风险；高水力效率利于水分改善时快速获碳，高水力安全性则降低长期干旱和高VPD下的水力失败风险^[22-25]。
生物量分配性状	地上生物量、地下生物量、根冠比、叶生物量比例、茎生物量比例、根生物量比例、繁殖分配比例	反映光合产物在获碳、取水、支撑、繁殖和储存间的分配；地下投入利于稳定获取水分养分，地上投入则利于短期生产和快速更新^[26-27]。
碳储存性状	非结构性碳水化合物（NSC）含量、可溶性糖、淀粉、不同器官NSC分配、结构性碳投入、碳储备动员速率	维持干旱期代谢、渗透调节、防御修复和复水后生长；可溶性糖利于渗透调节和细胞保护，淀粉则支持持续干旱与复水阶段的呼吸维持、器官再生和水力修复^[28-29]。