叶功能性状指标能够客观表达植物个体对外部环境变化的响应策略，也决定植物功能的较多方面，包括叶片构建投资成本、生物量生产与供应、植物养分持有与分配以及对胁迫环境的抵抗力或适应性进化等^[1]。已经发现关键叶功能性状，如比叶面积、叶氮含量和叶干物质含量的变化，表明资源获取策略和资源保护策略之间的权衡^[2]。叶片功能指标众多且性状值在种内、种间或沿环境梯度变化上皆有不同程度的变异，海拔作为重要的地形因子对光温水热等环境因子具有较强的调节作用，进而对植物叶功能性状造成影响。

松科冷杉属急尖长苞冷杉(Abies georgei var. smithii Cheng et L)为中国特有易危树种^[3]，在水土保持与维持区域生态稳定等方面发挥重要作用。急尖长苞冷杉相关研究文献量近年来增加幅度较大，2003年至今的文献数量约占总量的95%，研究成果主要集中在种群与群落结构、冷杉林养分生态、地被层及土壤生物、种实特性与天然更新等^[4-5]，而鲜有对其叶片功能性状与土壤等环境因子在海拔梯度上进行综合性的研究。同时，急尖长苞冷杉因分布区面积缩小或生境质量的衰退等原因而被列入中国物种红色名录，综合分析藏东南急尖长苞冷杉的植物功能性状及其对环境因子的响应关系，对于理解该种群在高寒环境下的适应机制、探索种群数量减少明显的原因以及后期物种保护和高原生态保持与恢复等工作具有重要意义。本研究以西藏色季拉山原始林急尖长苞冷杉顶级群落作为研究对象，对其叶功能性状在海拔梯度上的分布特征及其对环境变化的响应规律进行探索研究，旨在为藏东南高山环境急尖长苞冷杉最适生存区的探索及物种保护工作提供数据支撑和理论依据。

试验地位于西藏自治区林芝市巴宜区色季拉国家森林公园内(93°12′~95°35′E，29°10′~30°15′N)，色季拉山东北坡——阴坡(94°41′52″~94°43′55″E，29°37′46″~29°38′41″N)。色季拉山地处青藏高原东南部，雅鲁藏布江中游，与喜马拉雅山脉相接，为藏东南原始林重要林区之一。整体山脉呈东北—西南走向，海拔高差3 000 m(2 100~5 300 m)，森林、土壤垂直分布带谱明显且完整^[6]，是高山森林生态系统研究的理想地区。综合自然地理的特点，地质、地貌区划上的青藏高原东南部在植被类型分布带上被归入亚热带常绿阔叶林地带的西部亚区^[7]。本研究区因海拔较高，属亚高山冷湿暗针叶林植被带，阴坡主要优势种为急尖长苞冷杉，零星有林芝云杉(Picea likiangensis var. linzhiensis Cheng et L.K.Fu)、小乔木西南花楸(Sorbus rehderiana Koehne)等伴生；优势灌木为多种杜鹃，硬毛杜鹃(Rhododendron hirtipes Tagg)、黄杯杜鹃(Rhododendron wardii W. W. Smith)等；草本植物主要有麦仁珠(Galium tricornutum Dandy)、高山露珠草(Circaea alpina L.)等，物种多样性水平随海拔梯度变化明显。

在色季拉山东北坡海拔3 800~4 300 m的垂直梯度上每间隔100 m设置1个30 m×30 m的样地，共设6个样地, 对急尖长苞冷杉叶片功能性状进行海拔梯度上的对比研究。2020年10月，在每个样地内选择3棵急尖长苞冷杉标准木，采用人工爬树和高枝剪相结合的方式，分别在树冠中部的东、南、西、北4个方向采集若干完整枝条带回实验室，每个方向随机选取3片无明显损伤的成熟叶片，叶片样本量合计为216片。在每个样地中随机选取3个采样点，仔细清除表层凋落物分解层和腐殖质层后，采集0~20 cm土层散土，装入无菌自封袋低温(保温箱+冰袋)保存运回实验室，合计18份土壤样品。

擦干净叶片表面滞尘后用电子天平(精度为0.001 g)称其鲜质量(m_f，g)；叶片厚度(D, mm)用电子游标卡尺测量；在叶面积仪(AM-350，ADC BioScientific Ltd，英国)上扫描叶片面积(S, cm²)；用叶绿素计(SPAD-502，柯尼卡美能达控股株式会社，日本)测得叶绿素相对含量；将新鲜叶片放入去离子水中遮阴浸泡8~12 h后擦干表面水分, 称取叶片饱和质量(m_s, g)；最后放入80 ℃烘箱烘至恒重后称得干质量(m_d, g)。叶体积(V, cm³)=SD; 比叶面积(A_sl, cm²·g^-1)=S/m_d; 叶干物质含量(C_ldm，g·g^-1)=m_d/m_s; 叶组织密度(ρ_lt，g·cm^-3)=m_d/V; 叶片相对含水量(C_rw，%)=(m_f-m_d)/(m_s-m_d)×100^[8-9]。

去除根系、小石块等杂质的土样，先过粒径0.833 mm的土壤筛后低温(< 4 ℃)保存, 用于土壤含水量的测定, 并在48 h内完成微生物生物量的测定，约需50 g, 剩余土样(约250 g)待自然风干后手工研磨并过0.147 mm筛, 测定土壤其他化学性质。土壤含水量(soil water content，SWC)及有机碳(soil organic carbon，SOC)、全氮(soil total nitrogen，TN)、全磷(soil total phosphorus，TP)、全钾(soil total kalium，TK)、可溶性有机碳(dissolved organic carbon，DOC)、微生物量碳(microbial biomass carbon，MBC)、微生物量氮(microbial biomass nitrogen，MBN)、微生物量磷(microbial biomass phosphorus，MBP)等含量的测定方法及计算参考文献[10-11]；易氧化有机碳(readily oxidizing organic carbon，ROC)含量采用高锰酸钾氧化法测定^[12]；颗粒有机碳(particulate organic carbon，POC)含量参照SIX J et al^[13]的方法。各海拔土壤元素统计见表 1。

采用SPSS 26.0软件对各叶功能性状指标进行Pearson相关性分析并对各性状与环境因子进行通径分析；使用R 3.5.0软件对各变量进行方差分解分析(variance partitioning analysis，VPA)，作韦恩图以定量评估各组因子对叶性状的贡献率；叶功能性状沿海拔梯度的分布特征采用Excel 2019软件作图。

急尖长苞冷杉叶功能性状沿海拔梯度变化的分析(图 1)表明，比叶面积在所调查的海拔梯度内呈下降趋势，叶干物质含量的变化趋势与之相反。叶片相对含水量与叶绿素相对含量的响应趋势相近似，皆呈双谷曲线并在海拔3 900、4 200 m处出现谷值。叶面积与叶组织密度的海拔分布格局相反，分别在海拔4 000、4 200 m处出现双峰值与双谷值。叶体积在海拔4 000 m处为最大值，整体无显著线性变化趋势。与其他研究相比，本研究比叶面积总体处于较低水平而叶干物质含量总体较高(表 2)。

	图 1 急尖长苞冷杉叶功能性状海拔分布特征 Fig. 1 Distribution of leaf functional traits of A. georgei var. smithii
图选项

对急尖长苞冷杉各叶功能性状间的Pearson相关性分析结果(表 3)表明，在海拔梯度上，叶性状间的关系十分紧密。比叶面积与叶干物质含量、叶组织密度呈极显著负相关(P < 0.001)，与叶体积和叶面积呈极显著正相关(分别为P < 0.01和P < 0.001)。叶面积与叶绿素相对含量、叶体积呈极显著正相关，与叶组织密度呈极显著负相关。叶片相对含水量与叶体积显著正相关(P < 0.05)，与叶干物质含量、叶绿素相对含量极显著正相关。此外，叶组织密度与叶干物质含量极显著正相关(P < 0.01)，与叶体积极显著负相关(P < 0.001)；叶体积与叶绿素相对含量极显著正相关(P < 0.01)。

在叶功能性状与环境因子的通径分析中(表 4)，叶面积主要受到全氮含量和微生物量磷含量的影响，且都产生正效应，而易氧化有机碳对其产生显著的直接负效应。坡度、海拔对叶绿素相对含量和叶体积产生负效应，其中海拔因子对二者产生直接负作用。坡向对比叶面积和叶干物质含量分别产生负效应与正效应，此外，比叶面积还受到土壤含水量的显著影响(直接负效应)。全钾含量主要对叶组织密度产生正效应。叶片相对含水量主要受到颗粒有机碳和微生物量磷含量的影响，对其产生负效应，而全氮含量直接通径系数较小，但其通过颗粒有机碳和微生物量磷含量对叶片相对含水量起到显著的正效应，表明全氮含量的升高会弱化颗粒有机碳和微生物量磷含量对叶片相对含水量的负效应。

袁志发等^[19]提出的决策系数对自变量(影响因子)的综合影响作用进行定量排序以方便确定主要决策性及限制性因子。计算公式为：

式中：R²(i)为决策系数；p_i、r_iy分别为直接通径系数与相关系数。若决策系数为正，其影响因素i起增进作用且最大值为主要决策变量；反之，i起抑制作用，最小值为主要限制变量。

决策系数计算结果(表 4)显示：比叶面积、叶干物质含量的主要决策变量为坡向，土壤含水量为比叶面积的主要限制变量；微生物量磷含量是叶面积的主要决策变量和叶绿素相对含量的主要限制变量，易氧化有机碳含量为叶面积的主要限制变量；影响叶体积的环境因子决策系数排序为坡度(R² =0.113)>可溶性有机碳含量(R² =0.033)>微生物量碳含量(R² =-0.068)>海拔(R² =-0.187)，由此可知，坡度为急尖长苞冷杉叶片叶体积的主要决策变量，海拔为其主要限制变量；叶组织密度与叶片相对含水量的主要决策变量分别是全钾、颗粒有机碳含量。

为了解析急尖长苞冷杉叶功能性状指标与环境因子的复杂耦合关系，采用VPA方法对海拔、坡度和坡向(北/东北)、土壤理化性质进行综合分析以定量评估不同环境因子对叶功能性状的贡献率(图 2)。土壤理化性质对叶功能性状变化的解释能力最大，解释量为14.46%，分别约为海拔、坡度和坡向的5.8和2.4倍；其次为坡度和坡向, 解释量为6.15%;海拔的单独作用对叶性状变化贡献最小，解释量为2.5%。海拔与坡度坡向、土壤理化性质与坡度坡向的交互作用较小，共同解释量分别为0.89%、3.26%，说明三组因子相互之间(除海拔与土壤理化性质，其共同解释量为0)具有共同作用，但不显著。

	图 2 海拔、地形与土壤因子对急尖长苞冷杉叶性状的解释 Fig. 2 Effects of altitude, topography and soil factors on leaf functional traits of A. georgei var. smithii
图选项

叶片功能性状之间通过多种联系、调整、重组并同时发生作用以实现植物个体对环境的适应，多指标、多组合策略而非单一的变化行径显示了各叶性状之间的关系复杂性。急尖长苞冷杉作为色季拉山阴坡的优势树种，对海拔上升而引起的环境变化较为敏感，本研究对急尖长苞冷杉种内水平7个叶功能性状指标沿6个海拔梯度的变化趋势进行对比分析发现，叶功能性状在垂直梯度上具有较大的空间异质性，各叶性状之间的相关关系较为广泛且半数以上可达到极显著水平(P < 0.01)。本研究比叶面积与叶干物质含量、叶组织密度极显著负相关且后两者之间极显著正相关，表明三者之间通过相互调节、协同变化并达到最佳的平衡配比来调整叶片形态结构以应对胁迫环境对其造成的资源限制，这与程雯等^[20]的研究结论一致。比叶面积反映植物对资源的利用效率以及生境资源的养分条件，叶干物质含量表征植物养分元素积累能力^[21]并与个体抗逆性呈正相关，两指标在一定程度上都能指示植物对资源的利用能力。经拟合结果显示，叶干物质含量与海拔之间存在正相关性，与北京松山及秦岭中段地区油松进行对比发现，急尖长苞冷杉叶干物质含量总体处于较高水平；比叶面积在海拔梯度上大致呈线性下降趋势，与全国9个代表性样点的油松叶性状对比，急尖长苞冷杉比叶面积(66.81 cm²·g^-1)整体处于较低水平。较小的比叶面积表明叶片中干重所占比例更大，即光合效率、养分循环能力、回归速率皆处于较低水平^[22]，同时也指示色季拉山高海拔区域土壤养分总量较为匮乏，说明该区急尖长苞冷杉资源利用效率相对较低。但是该种在色季拉山阴坡地带能够形成顶级群落，根据C-S-R理论^[23]初步可见，急尖长苞冷杉对于土壤养分的运用侧重于“胁迫忍耐型”(C)策略而非“竞争获取型”(S)、“方向干扰型”(R)策略来维持种群发展。较高的叶干物质含量表明急尖长苞冷杉将所获养分更多地用于叶片内部组织建成投入，作出高“防御”构建以对抗高海拔限制条件，即养分积累能力、已获取资源的存储能力较强，高的叶干物质含量也反映该物种的环境耐受性、抗逆性较强，能最大限度减少养分流失来适应贫瘠的高山环境，也进一步验证了上述资源保守策略的判断。

靳月等^[24]研究表明，干旱胁迫可直接导致叶片相对含水量的下降，并间接抑制叶绿素的合成。本研究中急尖长苞冷杉叶片相对含水量与叶绿素相对含量值同时在海拔3 900 m与4 200 m处出现极小值，但总体数值依旧较高，这与色季拉山地区73.0%的平均相对湿度具有直接的关联，但在这两个海拔梯度上具有轻度干旱胁迫的可能。相关研究证明叶片相对含水量与植物代谢功能及干旱胁迫下的适应力等密切关联，且能够体现生境内水热状况^[25]，利用相对含水量与叶绿素相对含量的总体高值可以在一定程度上判断急尖长苞冷杉在本研究区具有较强的抗旱性。叶组织密度反映植物叶片承载力的大小，与内部次级代谢产物浓度及细胞壁密度密切相关，进而影响叶片周转生长速度^[26]，它的变化实质上是合成干物质与叶体积比例的变动。本研究中的叶组织密度与叶面积极显著负相关(P < 0.001)且同时在海拔4 000、4 200 m取得双谷值与双峰值，说明急尖长苞冷杉在这两个海拔范围利用较大的叶面积最大程度地接收光能进行光合作用，但同时较小的叶组织密度又限制了其周转速率，即尽可能多地创造能量而限制自身养分损失用于储存，这种协变性是急尖长苞冷杉在限制环境中生物量产出与资源存储之间进行权衡的结果。

在本研究区6个海拔梯度上，叶绿素相对含量、叶面积、叶体积皆在海拔4 000 m处得到最大值，即叶片获得了最大程度的能量产出；同样在4 000 m处，叶组织密度取得最小值而叶片相对含水量取得最大值，即该海拔叶片具有最慢的周转速度和最强的抗逆性，多个指标在该海拔范围展现了最优的性状组合。因此加以判断，急尖长苞冷杉在研究区高山环境中对阳光、水分等资源进行竞争，对土壤有机质进行吸收并保守；色季拉山阴坡海拔4 000 m左右为急尖长苞冷杉在限制环境中的最适生存区。

根据VPA分析的韦恩图显示，土壤理化性质对急尖长苞冷杉叶功能性状的解释量最大，为14.46%。以往的研究发现外环境水分条件的短缺会造成叶片比叶重的增加，相对含水量降低从而导致比叶面积的缩小^[27]，本研究中土壤含水量为比叶面积的主要限制变量，这与张凯等^[15]的研究结果一致。土壤全氮与微生物量碳含量对比叶面积的直接正效应会相应弱化土壤含水量或降水量的限制作用，但结合坡向因素，比叶面积在整个研究海拔范围内依旧呈下降趋势。叶绿素含量的变异一方面在于对光照强度变化的适应，由于急尖长苞冷杉所在的东北坡随着海拔升高光照量有所增加，叶绿素相对含量在4 000 m之前的增加可能是对海拔抬升光照增强的反映，4 000 m以上区域的叶绿素相对含量又快速下降，是因为高海拔处太阳辐射过强，植物为避免直接强辐射而降低叶绿素含量以减少对光能的过度吸收。另一方面，叶绿素含量也受到土壤矿质元素的影响，如缺氮会使叶绿素合成受阻或引起叶片内活性氧的积累而加快叶绿素的分解^[28]，本研究中土壤微生物量氮对叶绿素相对含量起直接正效应，但起主导作用的是微生物量磷含量。国外研究发现，虽然氮元素经常被认为是森林生态系统中主要的限制性养分，但对于长期未受到干扰的天然林系统来说，磷元素可能更具有限制性^[29]；国内研究也明确指出磷对植物光合、叶绿素荧光过程及对氮元素的吸收具有限制作用^[30]。本文通径系数及决策分析结果也符合上述观点，微生物量磷是急尖长苞冷杉叶绿素相对含量的主要限制因子且对叶组织密度和叶片相对含水量产生不同程度的负影响，土壤全磷含量主要限制叶干物质含量的变化。碳是构建生物组织的基本元素，植物有机体干物质的50%左右都是碳，因此碳与其他养分元素所不同。本研究中可溶性有机碳对叶片相对含水量起正效应，间接对叶体积与叶绿素相对含量起正效作用(相关系数>直接通径系数)；易氧化有机碳与颗粒有机碳分别为叶面积、叶片相对含水量的主要限制变量与主要决策因素；微生物量碳对叶体积起到一定的负作用。这说明土壤碳元素与急尖长苞冷杉各叶片功能性状休戚相关且影响广泛，赵文霞等^[31]的研究也表明碳含量在植物体根茎叶中无显著变化差异且与不同构件显著相关。此外，土壤全钾含量的直接通径系数较高且是叶组织密度的主要决策指标，其原因是土壤全钾含量的提升会使植物获得更大的生物量(叶片鲜重与干重较大)，则叶组织密度相应增加^[20]。

VPA分析结果表明，海拔和坡度等地形因子对急尖长苞冷杉叶性状变异的解释量较小，仅对叶面积、叶体积、叶干物质含量等指标产生较低程度的影响。原因可能是急尖长苞冷杉叶片能够通过较强的表型可塑性弱化了环境梯度对叶性状的影响以适应海拔、坡向等非生物环境的变化^[32]，这与刘思文等^[14]研究环境因子对油松叶功能性状的解释得到了相同的结论。