基于性狀生態(tài)學研究的一條基本假設是植物的功能性狀能夠影響植物個體的表現(xiàn)進而決定植物在群落中的適合度以及種群增長率，然而這一假設缺乏堅實的實驗驗證。當前的研究發(fā)現(xiàn)植物功能性狀與其表現(xiàn)（存活、生長或繁殖）的關系較弱甚至沒有關系，其主要原因可能：（1）功能性狀預測植物表現(xiàn)取決于植物個體所處的環(huán)境，因此研究性狀表現(xiàn)關系可能需要考慮性狀與環(huán)境的相互作用；（2）植物性狀與環(huán)境都是多維的，但以往的研究很少考慮到性狀與環(huán)境的高階相互作用；（3）以往性狀-表現(xiàn)關系的研究普遍采用物種平均性狀來代替植物個體的性狀，而忽略種內性狀變異的影響。目前還沒有研究同時考慮以上三個方面對基于性狀生態(tài)學的基本假設進行全面的驗證。
我校生命科學學院儲誠進教授團隊于2011年依照全球森林監(jiān)測網(wǎng)絡共用的大樣地建設標準，在廣東省肇慶市黑石頂省級保護區(qū)建立了一個50公頃的亞熱帶森林大樣地，于2012年完成了第一次普查，對近273,000棵樹進行掛牌定位、樹種鑒別及胸徑測量，并于2017年進行了第二次普查。該研究從中選取了近4000株植物個體，同時測量了7個與生長和存活相關的功能性狀以及植物所處的微環(huán)境（土壤有機質、土壤酸度及林下透光率），并記錄了兩次普查間植物的存活和死亡情況及相對生長率。構建了物種水平及個體水平上植物表現(xiàn)（存活和生長）與多維性狀、多維環(huán)境間的統(tǒng)計模型，量化了初始大小、性狀和環(huán)境主效應、性狀和環(huán)境二階相互作用、性狀和環(huán)境三階相互作用、性狀和環(huán)境四階相互作用等各項所解釋的比例。
結果發(fā)現(xiàn)植物在不同的環(huán)境背景中不同的功能性狀組合下會有多個最優(yōu)的適合度 (圖1)，這表明確實存在著高階的性狀與環(huán)境相互作用。然而，在黑石頂這種環(huán)境異質性較低的森林樣地中，高階相互作用對模型的預測顯得并不是那么重要 (圖2)。同時，個體水平上的性狀并沒有使得模型有更好的預測，也未使得性狀與環(huán)境的高階相互作用項更容易被檢測出來。
圖1 在土壤有機質及土壤酸度組合的四個環(huán)境背景中，葉氮含量及葉干物質含量預測植物存活模型的展示
圖2 預測植物表現(xiàn)模型的效力被各項因子的解釋占比
儲誠進教授團隊的研究表明，在較為均質的環(huán)境中，功能性狀與局域環(huán)境的相互作用也許能夠被忽略而不會使得對植物表現(xiàn)的預測出現(xiàn)較大的偏差。這意味著今后的研究需要在更大的尺度上或者嚴格控制環(huán)境梯度的實驗中進一步檢測這種高階相互作用對植物個體表現(xiàn)及適合度的影響。
近日，該團隊在New Phytologist上發(fā)表了題為“The complexity of trait-environment performance landscapes in a local subtropical forest”的研究論文，揭示了亞熱帶森林中環(huán)境與性狀的高階相互作用在預測植物適合度模型中的復雜性。儲誠進教授團隊博士后李遠智和博士生江園為共同第一作者。
