植物在干旱景观中表现出惊人的多样性牲畜放牧如何影响旱地

了解植物如何应对极端气候和放牧压力对于可靠预测未来生物多样性和旱地生态系统的功能至关重要。由阿卜杜拉国王科技大学的费尔南多·马埃斯特雷 (Fernando Maestre) 协调的国际团队评估了 20 种植物化学和形态功能性状如何共同应对全球干旱地区的干旱和放牧压力变化。

干旱程度和放牧压力的增加可能会降低植物多样性水平。然而，植物性状的多样性——包括与养分循环相关的关键性状，如比叶面积和叶化学成分——实际上在干旱阈值 0.7 以上有所增加(接近半干旱区和干旱区之间的过渡)。这种性状多样性同样随着放牧压力的增加而增加。

“旨在描述植物性状多样性的全球举措主要集中于植物形态和叶片碳经济性，但忽视了维持植物生存和生长的化学元素的多样性，”马埃斯特雷说，他是这项研究的共同负责人，该研究是他设计的BIODESERT全球调查的一部分。

他说：“植物叶片中的元素浓度对植物发育具有重要影响，并决定了植物如何应对放牧压力和水资源短缺。”

全球旱地牧场植物性状多样性调查。图片来源：《自然》(2024 年)。DOI：10.1038/s41586-024-07731-3

研究小组进行了实地调查，以调查干旱和放牧压力对全球旱地多年生植物化学和形态特征多样性的影响。他们从 25 个国家/地区选择了 98 个地点，这些地点代表了全球旱地牧场的干旱梯度。每个地点都包括几个地块，涵盖了当地的放牧压力梯度(从未放牧到高放牧压力)，总共调查了 326 个地块。

植物功能性状的变化反映了环境条件变化下植物适应策略的变化。结果表明，干旱和放牧对植物性状多样性具有类似的影响，它们促进了多种应对缺水和放牧的策略。

他们测量了与植物叶片中 14 种化学元素浓度、叶片和植物大小以及叶片碳经济性(叶面积和叶片干物质)相关的特征。结果为探索干旱和放牧如何影响全球干旱地区多种形态和化学植物特征之间的协变和权衡提供了宝贵的信息。

高干旱水平也促进了功能上对比的策略：例如，叶片生长迅速的高大物种遵循压力规避策略(高 NPK 和低叶片干物质含量)，而小型保守物种遵循压力耐受策略(低 NPK 和高叶片干物质含量)，叶片中的 Mg-Ca 和 Zn-Na 浓度低或高。

“这些元素策略可以反映化学元素在植物中的对比作用，要么作为耐受高干旱程度的方式，要么作为防御食草动物的化合物的基本元素，”梅斯特雷解释道。

这项研究提供了关于维管植物如何应对生物压力和极端环境的新见解，并揭示了植物性状如何因干旱和放牧压力的共同增加而改变。一个关键结果是，观察到的性状多样性中有一半以上只发生在最干旱和放牧最多的旱地，这凸显了这些极端环境的表型独特性。

研究结果表明，旱地是全球植物表型多样性的储存库，挑战了恶劣环境条件降低植物性状多样性的普遍观点。

“我们的研究结果还强调了考虑植物的化学成分(元素酮)对于了解旱地生物多样性对持续气候变化的反应的重要性，”梅斯特雷说。“植物可以采取多种替代策略来应对气候变化和土地利用强化引起的环境压力增加。”

梅斯特雷于 2024 年 2 月加入 KAUST，他在阿利坎特大学担任过该研究。他计划将 BIODESERT 调查扩展到沙特阿拉伯的干旱和极度干旱生态系统。

他说：“此类研究将有助于监测沙特陆地生态系统，为沙特植物多样性如何应对正在发生的气候变化提供重要见解，并指导为每个沙特地区选择最适合当前和未来绿化计划的物种。”