植物的功能性状反映了其在进化过程中适应外界环境的生存、生长和繁殖策略，对生态系统的结构和功能产生强烈影响。同时，植物功能性状与其生存环境具有相互适应性和协同演化性，不仅能反映植物在获取、利用和保存资源方面的能力，还能将环境、植物个体和生物系统结构、过程和功能紧密联系起来^[1]。因此探明全球变化条件下植物功能性状在不同生境条件下的变化特征已成为近年来全球生态学对植物生态策略、群落组装过程、物种共存机制等研究方向的核心问题。叶片是植物进行光合作用的重要器官，为初级生产者进行能量转化的枢纽^[2]，同时对环境变化最为敏感，环境变化对植物种群和群落的影响常常通过叶片的功能性状体现，因此植物叶功能性状是理解植物叶片外在表型差异和内在生理动态与环境间相互适应的关键^[3]。叶片功能性状对气候条件、水热环境、营养物质等不同生境具有极强的敏感性且能够综合反映植物对资源的利用能力，植物对叶片碳同化产物在比叶面积、干物质含量等功能性状上的权衡分配与植物适应环境变化所形成的生存策略关系密切^[4]。

川滇高山栎(Quercus aquifolioides Rehd. et Wils.)作为西藏东南部分布面积最大、分布海拔最高的硬叶常绿阔叶林顶级群落，对于横断山区高海拔地区脆弱生态系统稳定性的维持、水源涵养和水土保持方面具有十分重要的生态功能，在青藏高原生态安全屏障中发挥着重要作用^[5-6]。目前国内外关于川滇高山栎的研究主要集中在四川甘孜州折多山、四川卧龙巴郎山、云南玉龙雪山、吉林长白山等地区，且研究内容主要包括其营养元素供应及积累^[7]、光合和呼吸作用^[8]等生理特征方面；仅有的少数关于藏东南广泛分布的川滇高山栎的研究也只是涉及遗传多样性和其种群空间分布格局^[9]方面，对于其叶、当年生小枝的功能性状随海拔分布特征的研究还是空白。同时，综合分析藏东南川滇高山栎种群的植物功能性状随青藏高原最为独特的地形因子——海拔的空间异质性分布特征，对于理解高寒环境下高山植物对气候生境的适应机制和保护高寒植物种质资源具有重要意义。

本研究以西藏东南部川滇高山栎自然种群作为研究对象，对其叶功能性状在海拔梯度上的分布特征及其相互权衡耦合规律进行探索研究，旨在为青藏高原地区川滇高山栎的物种保护及不同海拔上植被的自然恢复工作提供数据支撑和理论依据。

采样地设置于川藏线G318国道藏东南林芝地区波密-然乌段(95°37′31″~96°27′30″E，29°33′19″~29°54′51″N)。林芝市波密县地处喜玛拉雅山与念青唐古拉山交汇处，受西南季风影响而形成了独特的亚热带半湿润性气候带^[10]。波密-然乌段山区主要植被类型以暗针叶林(云冷杉)、常绿硬阔叶林(川滇高山栎)、落叶阔叶林(杨桦木林)混交为主，林下植被多以高山稀疏垫状植被及蕨类为主。该地段内实际采样路线较短(共108 km)、海拔跨度较大(近1 000 m)且较大程度覆盖川滇高山栎在藏东南区域的海拔分布范围，沿线地形主要以山地丘陵、高山峡谷为主，生态环境具有较大的空间异质性，是研究海拔抬升与植物(叶)功能性状关系的理想地段。

2020年10月，在藏东南地区波密县－然乌镇沿线由若干山体组成连续海拔梯度的川滇高山栎典型分布区进行采样，选取间隔约100 m的9个不同海拔(表 1)分布的种群，每个海拔梯度设置3个20 m×20 m的样地，每个样地内随机选取3株直立健康、胸径基本一致，树高约6 m的成年树，分别在每株东、南、西、北4个方向剪取树冠中部生长健康的当年生枝条3枝，采集每枝枝条上形态完好、没有虫洞的成熟叶数片。用浸湿的滤纸双面贴附叶片并装入密封袋中带回实验室测量叶面积(leaf area)、周长(leaf perimeter)等指标，浸泡后最终每方向选取3片叶细胞完好的叶片进行其他指标的测定与分析。

测量并计算叶面积、周长、厚度(leaf thickness)、鲜质量(fresh weight)、饱和质量(saturation weight)、干质量(dry weight)、叶体积(leaf volume)、比叶面积(specific leaf area)、干物质含量(leaf dry matter content)、叶组织密度(leaf tissue density)、相对水分含量(relative water content)等叶功能性状指标。新鲜叶片取出后单独放入盛有清水的玻璃罐中遮阴浸泡6~12 h，观察并选取3片水质澄清的叶片，取出后擦干水分用电子天平(精度为0.001 g)称取叶片饱和质量；用电子数显游标卡尺(精度为0.01 mm)避开主叶脉测得叶片厚度，重复3次并取均值；然后将上述样品在便携式叶面积测定仪(S-120，SINTEK，USA)上扫描叶面积、长、宽、周长；最后将叶片放入80 ℃烘箱中48 h烘至恒重后称取叶干质量。部分指标计算方法如下：

式中：V为叶体积(cm³)；S为叶面积(cm²)；D为叶厚度(cm)；S_sl为比叶面积(cm²·g^-1)；M_d为干质量(g)；C_ldm为叶干物质含量(g·g^-1)；M_s为饱和质量(g)；ρ_lt为叶组织密度(g·cm^-3)；C_rw为相对水分含量(%)；M_f为鲜质量(g)；C_V为变异系数；σ为标准差；μ为平均值。

本试验数据采用R3.5.0软件进行单因素方差分析检验各叶功能性状指标在各海拔梯度上的差异显著性；对各叶功能性状指标进行了Pearson相关性分析；对各叶功能性状指标与海拔因子进行回归分析与线性模型拟合。

藏东南川滇高山栎叶功能性状指标描述性统计结果见表 2。9个叶功能性状指标皆存在不同程度的变异，变异系数大小顺序为叶体积(50.31%)>叶鲜质量(46.49%)>叶面积(40.00%)>叶周长(21.26%)>叶组织密度(19.45%)>比叶面积(17.10%)>叶厚度(16.13%)>相对水分含量(16.10%)>叶干物质含量(11.28%)。一般情况下，变异系数>50%为强变异，中等变异表现为20%≤变异系数 < 50%，而变异系数 < 20%属于弱变异^[11]。

由表 2可知，除了叶体积属于强变异外，叶鲜重、叶面积、叶周长属于中等变异，其余功能指标保持相对稳定。所有功能性状中，叶片干物质含量的变异程度最小，仅为11.28%，说明川滇高山栎在应对海拔变化的生存环境表现出较高的养分持有能力。

对藏东南川滇高山栎变异程度较小(变异系数 < 20%)的5个叶功能性状指标(比叶面积、叶干物质含量、叶组织密度、相对水分含量、叶厚度)在海拔梯度上做单因素方差分析。结果表明：5个叶功能性状在海拔间差异均为极显著(Df=8, P < 0.001)(表 3)。

而从5个叶功能性状指标在海拔梯度上的分布(图 1)来看，除了比叶面积随着海拔升高而减小，且比叶面积在低海拔(2 700~3 300 m)数值分布范围跨度较大，在高海拔(3 400~3 500 m)数值分布较为集中外，3 500 m处的比叶面积比2 700 m处低17.3%；叶组织密度、相对水分含量、叶干物质含量和叶厚度随着海拔升高而增加。

	图 1 藏东南川滇高山栎各叶功能性状随海拔梯度分布特征 Fig. 1 Distribution characteristics of leaf functional traits of Q. aquifolioides with altitude gradient in southeastern Tibet
图选项

将上述5个叶功能性状指标与海拔因子进一步回归分析发现，5个叶功能性状与海拔之间存在极显著的线性相关性(P < 0.001)，线性拟合模型见表 4。

为了进一步确定川滇高山栎叶功能性状之间的权衡与协同关系，对其5个功能性状指标进行Pearson相关性分析表明，各功能性状之间的关系非常紧密(表 5)。比叶面积与叶干物质含量呈极显著负相关(r=-0.924)、与叶厚度和叶组织密度呈显著负相关(r=-0.706；r=-0.696)、与相对水分含量呈显著正相关(r=0.676)；叶干物质含量与叶厚度呈极显著正相关(r=0.813)，与叶组织密度、相对水分含量呈显著正相关(r=0.811；r=0.829)；叶厚度与叶组织密度、相对水分含量呈显著正相关(r=0.799；r=0.755)；叶组织密度与相对水分含量呈显著正相关(r=0.853)。

海拔差异导致温度、降水、光照和土壤等环境因子发生梯度变化，造成热量和水分在较小的空间范围内重新分配，植物会呈现出适应性的功能性状变化来应对海拔梯度上环境条件的复杂变化。藏东南川滇高山栎叶功能性状的海拔间变异系数可达11.28%~50.31%，同时各功能性状指标在海拔梯度上的分布存在极显著差异(P < 0.001)，说明在藏东南亚高山地区海拔这一重要的地形因子对植物叶功能性状的影响显著，也说明川滇高山栎为适应不同海拔生境而表现出不同叶功能性状指标组合的适应策略。藏东南川滇高山栎比叶面积随着海拔梯度上升而下降，2 700 m处比叶面积达到最大值(77.15 cm²·g^-1)，而在3 500 m处仅有62.57 cm²·g^-1，这与前人研究的其他树种功能性状在海拔上的分布^[12]以及同一树种垂直高度上的分布规律一致^[13]，导致这种现象的根本原因在于海拔梯度上温度的降低及生长季的缩短。比叶面积较低的物种一般生长缓慢且适应在资源有限的环境，生长在高海拔地区的川滇高山栎需要对外界各种环境胁迫做出“防御”高投入，这与摩天岭北坡森林群落^[14]和云南元谋干热河谷植物^[15]的比叶面积研究结果一致。但CRAINE et al^[16]、ZHANG et al^[17]研究却发现，随着海拔的上升，比叶面积逐渐增加。可见，植物适应环境变化采取的生态策略复杂，在不同的环境中协调各功能性状而采取的措施有所不同。低海拔较高海拔的比叶面积大，说明在高海拔地区，川滇高山栎对于所获取的资源具有更好的保留能力，可以更好地适应资源匮乏的高海拔生境，是对有限资源的适应性表现，加之高海拔较大的风力容易给植物体造成损伤，叶面积减小使得比叶面积较小；而在资源相对充沛的低海拔区域，高的比叶面积，叶组织密度小且叶片光捕获面积大，因此使其具有较高的生产能力。干物质含量随着海拔上升而增加，高海拔处的植物更易受到光温水分的胁迫，所以植物更偏向于保有自身养分来抵抗外界压力，高干物质含量的叶片相对坚韧，更有利于抵抗外界压力^[18]；同时也有研究表明，在胁迫环境条件下(高海拔、低温、低土壤养分等)，植物枝干分配到的生物量通常更多，从而也使得叶片具有更高的干物质含量^[19]。本研究中叶厚度、叶组织密度和相对水分含量均是随着海拔梯度上升而增加，这与杨丽娟等^[20]、REICH et al^[21]、WITKOWSKI et al^[22]的研究结果一致，一般认为在高海拔养分贫瘠的环境中，植物常形成较厚且面积较小的叶片，具有更大的组织密度^[23-24]。组织密度增大，植物叶片体内水分散失减少，这也是高海拔植物川滇高山栎对于自身保护和低温防御的一种机制。

特定环境中植物采取的“生态适应策略”是经过自然筛选后保留的最优性状组合，也称为植物功能性状之间的利弊权衡。本研究中川滇高山栎叶片比叶面积与干物质含量呈极显著负相关；叶片干物质含量与叶厚度呈极显著正相关，其他任意两指标之间皆具有显著相关性，这与大多数研究结果表现一致^{[12, 25-26]}。干物质含量在一定程度上代表了植物对某一环境资源的利用能力，指示叶片建成投入的多少，单位叶面积构建成本大的物种其叶片通常较厚，叶组织密度也越高，特别是在高海拔低温环境下，由于叶肉细胞增大和细胞壁特别是表皮细胞壁增厚，形成厚而小的叶片，降低植物内部水分散失，所以比叶面积下降，叶片通过自身光合产生所形成的碳水化合物来偿还其初始的构建成本所需要的时间也就更长^[27]。高干物质含量和低的比叶面积说明川滇高山栎在越是恶劣的环境中对资源的利用能力越强。VILE et al^[28]研究发现植物叶片干物质含量与比叶面积呈负相关关系，两者可以作为植物资源分类轴上划分植物种类的最佳变量。叶干物质含量的增加，比叶面积的减小，使叶片内部水分向叶片表面扩散的距离和阻力加大，从而降低植物体内的水分散失。比叶面积小的植物适合生长在贫瘠干旱的环境中，具有更厚的叶边缘或者更大的组织密度^[23]，植物体将更多的光合产物用于叶片防御器官的构建，体现在加大叶厚度和组织密度并减小叶面积的生态策略。植物叶片为适应海拔变化采取增减叶片厚度或密度的方法来适应不同强度的光照、辐射、蒸发，高海拔叶片处于较为缺水的环境，因此阔叶树种会通过减少叶片受光面积、关闭气孔和增加角质层厚度来减少水分流失，同时为了将水分运回到叶肉细胞当中，会将大量的生物量投资于微管和厚壁组织，用于同化和支持结构的建设，使得叶厚度、相对水分含量、干物质含量进一步增加^[29]。本研究中叶组织密度与叶厚度呈显著正相关，但也有研究表明这两个性状之间通常是独立的，并且与其他功能性状的相关性不明显^[30]。这说明尽管植物各功能性状在物种生长发育及形成适应机制过程中相互作用，但最终形成的相应的生态策略也会因物种及环境因素而有所差异。

川滇高山栎叶功能性状指标在不同海拔间差异显著，说明藏东南亚高山地区海拔这一重要的地形因子对川滇高山栎的叶功能性状的影响显著；川滇高山栎叶片比叶面积与干物质含量呈极显著负相关，叶干物质含量与叶厚度呈极显著正相关，其他任意两指标之间皆具有显著相关性，说明川滇高山栎通过各功能性状间的相互权衡机制，形成了以适应由高寒地区海拔梯度引起的水热条件及土壤环境因子变化的生态适应策略。