《Frontiers in Plant Science》：Characterizing the plant functional traits of coffee agroecosystems in Indonesia
编辑推荐：
本文系统研究了印度尼西亚爪哇岛四个代表性咖啡种植园的植物功能性状（包括叶片结构、生理和化学性状），揭示了咖啡叶片性状的时空变异规律及其与遮荫管理和果实产量的关系。研究发现，生理性状（如最大光合速率Amax、最大羧化速率Vcmax）在站点内变异最大，而结构性状（如叶质量 per area LMA）在站点间差异显著。罗布斯塔咖啡（C. canephora）的光合性状表现出明显季节性，而阿拉比卡咖啡（C. arabica）及其杂交种则以结构性状的季节变化为主。较高遮荫度促进资源获取型策略（高光合能力、低LMA），但未转化为更高果实产量。该研究为理解东南亚咖啡农业生态系统生理生态及区域碳循环提供了关键数据支撑。
1 引言
咖啡作为全球重要经济作物，印度尼西亚作为第三大生产国，其咖啡种植园的扩张常伴随森林砍伐。理解咖啡农业生态系统的生理生态对评估区域碳循环至关重要。然而，当前对咖啡生理生态的认识主要基于中南美和非洲赤道地区的研究，针对印度尼西亚独特气候背景的研究匮乏。本研究通过测量爪哇岛四个站点的咖啡植物功能性状，评估叶片性状的时空变异及其与遮荫和生殖输出的关系。
2 材料与方法
2.1 研究站点
研究在爪哇岛四个咖啡种植园进行：西爪哇的AE-W（阿拉伯比卡杂交种-桉树）和AM-W（阿拉伯比卡-混合树种），东爪哇的AP-E（阿拉伯比卡杂交种-松树）和RM-E（罗布斯塔-混合树种）。站点海拔、遮荫树种和管理强度各异，涵盖了典型的印度尼西亚咖啡种植环境。
2.2 环境与辅助数据
使用TMS数据记录仪监测气温、土壤温度和湿度，缺失数据通过ERA5-Land再分析数据补充。
2.3 功能性状数据收集
测量了叶片生理性状（如光饱和光合速率Amax、最大羧化速率Vcmax）、结构性状（如叶质量 per area LMA、叶片干物质含量LDMC）和化学性状（如叶片氮N、磷P含量）。同时记录了植株高度、茎粗、冠层盖度和单株果实数量。
2.4 统计分析
采用描述性统计、变异系数分析、主成分分析等方法评估性状变异及其与环境因子的关系。
3 结果
3.1 咖啡农业生态系统环境变量
站点间环境条件差异明显，AE-W最冷湿，RM-E最温暖。土壤湿度季节性变化在遮荫较少的站点更为显著。
3.2 咖啡叶片性状站点内和站点间变异
结构性状站点内变异小但站点间差异显著，生理性状站点内变异最大。东爪哇站点具有较高的光合能力，西爪哇站点LMA较高。
3.3 咖啡叶片性状季节性
罗布斯塔站点光合性状季节性显著，而阿拉伯比卡和杂交种站点结构性状季节性变化更明显。
3.4 叶片性状协调
主成分分析显示，性状变异主要沿两个轴：PC1代表叶片经济谱（资源获取与保守策略），PC2代表养分-气孔交换权衡。
3.5 性状策略与冠层及生殖输出的关联
较高遮荫度与资源获取型性状相关，但该策略并未导致更高果实产量。果实数量与PC1和PC2均呈负相关。
4 讨论
4.1 站点间性状变异
叶片性状值处于全球报道范围内，但可能受营养和管理限制。结构性状稳定性高，生理性状对环境异质性敏感。
4.2 结构和生理性状的不同季节性模式
罗布斯塔站点光合性状湿季提升可能与磷限制缓解有关，而阿拉伯比卡站点结构性状变化反映了水分策略和光合产物向果实转移。
4.3 叶片经济谱和养分-气孔轴上的性状权衡
性状关系符合全球叶片经济谱模式，但氮-光合速率关系较弱，可能因部分氮分配于咖啡因等次生代谢物。
4.4 较高遮荫与资源获取型性状策略相关
遮荫通过微气候缓冲促进资源获取型性状，但果实产量受营养转移和源-库平衡调控，与遮荫无直接关系。
4.5 咖啡农业生态系统的性状视角
咖啡性状协调性低于野生植物，未来育种和模型优化需整合性状变异信息，以提升生产力和气候韧性。
5 结论
研究揭示了印度尼西亚咖啡农业生态系统叶片性状的时空变异规律，强调了物种特异性和环境管理对性状策略的影响，为区域碳循环评估和可持续咖啡生产提供了重要基础数据。
