《Frontiers in Plant Science》：Comparative analysis of morphological traits and photosynthetic parameters as well as carbon accumulation characteristics of six typical shrub species in the Qilian Mountains
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本研究通过整合形态特征与光合生理参数，系统揭示了干旱区灌木在“形态-光合”协同下的碳积累策略分化。研究发现灌木叶片尺度碳同化潜力与整株碳储存能力存在显著的尺度解耦现象，并依据生物量分配格局将六种灌木划分为“高积累-茎主导型”、“均衡投资型”和“保守-地下投资型”三类功能策略，为干旱区植被恢复的碳汇物种选择提供了多维度理论依据。
研究背景与意义
在全球气候变化背景下，增强陆地生态系统碳汇功能已成为缓解大气CO2浓度上升的关键途径。灌木作为干旱生态系统的关键功能组分，因其显著的环境适应性和固碳潜力，在维持区域碳平衡中扮演不可替代的角色。然而，当前研究仍过度依赖叶片尺度的光合参数评估碳汇功能，忽视了整株形态结构与生物量分配的系统性贡献。祁连山作为西北干旱区重要生态安全屏障，其典型灌木的功能策略研究对区域生态恢复与碳汇提升具有紧迫意义。
材料与方法
研究选取祁连山干旱区六种典型灌木（包括灰栒子、蒙古扁桃、华北忍冬等），采用全株收获法测定植株形态指标（株高、基径、根长等）和生物量分配，使用Li-6800便携式光合系统测量光合生理参数（净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs等），并通过钾 dichromate-硫酸氧化法测定器官碳含量。每日单位叶面积碳同化潜力通过Pn日变化曲线积分计算，整株碳储量基于生物量与碳含量乘积得出。
形态与生物量分配特征
六种灌木的形态性状呈现显著种间差异：树锦鸡儿（Caragana arborescens）具有最大株高（205.17 cm）和整株干重（303.03 g），而岩生忍冬（Lonicera rupicola）根系最深（>40 cm）。生物量分配模式分化明显：树锦鸡儿为“高积累-茎主导型”，茎干碳储量占比达63.2%；岩生忍冬、蒙古扁桃等为“均衡投资型”；栓翅卫矛（Euonymus phellomanus）则表现为“保守-地下投资型”，根系生物量分配最高（37.68%）。相关性分析显示，冠幅面积与单株叶面积、叶面积指数（LAI）呈显著正相关，而整株含水量与冠幅呈负相关，反映冠层扩张与水分保持间的权衡关系。
光合生理响应格局
灌木光合参数日变化受光合有效辐射（Qin）驱动，Pn和Tr均呈现“午前峰值、午后显著下降”趋势。气孔导度（Gs）的协同下降与胞间CO2浓度（Ci）的“V型”波动共同表明气孔限制是午后光合衰减的核心机制。种间响应强度差异显著：岩生忍冬和树锦鸡儿维持较高光合峰值，而栓翅卫矛日固碳量最低（3.48 g·m?2·d?1）。主成分分析（PCA）进一步量化了种间策略分化，PC1（48.9%）代表“高光合-蒸腾-气孔导度”与高光温环境的协同轴，将树锦鸡儿、蒙古扁桃划分为高资源获取型。
碳同化潜力与碳储量的尺度解耦
叶片尺度碳同化潜力（基于Pn积分估算）与整株碳储量呈现显著解耦：岩生忍冬具最高单位叶面积日固碳量（6.93 g·m?2·d?1），但其整株碳储量未相应最高；树锦鸡儿虽叶片效率中等（5.86 g·m?2·d?1），却凭借大个体体积和茎主导的碳分配模式实现最高整株碳储量（120.86 g/株）。这种解耦现象凸显了形态结构对生理潜力转化为实际碳积累的调控作用。聚类分析依据碳同化功能将灌木分为两类：树锦鸡儿单独聚为一类，其余物种聚为另一类，印证其功能策略独特性。
生态适应与恢复启示
研究表明，干旱区灌木通过形态-生理性状的模块化协调形成从高资源获取到专化适应的连续策略谱。对于祁连山干旱区植被恢复，若目标为快速地上碳积累，应优先选择树锦鸡儿等具高形态构建能力的物种；而在严酷生境中，岩生忍冬等高叶片效率物种则更适作为先锋种。未来碳汇评估需整合叶片生理参数、个体形态性状、生物量分配等多维指标，并开展全生长季连续监测以提升评估准确性。
