【植物的功用】揭密植物的神奇世界:認識植物的功用與特性

植質反映其對環境適應的反應和特質,通過環境、個體和生態系統結構、程序與功能的關聯 (植物功能性狀),研究植物功能性狀有助於瞭解全球變化、古植被分佈、古氣候評估、環境監控和評估等眾多領域。

植質可以客觀描述植物對外部環境的適應性,且特定植質的存在及其數量反映了植物所在的生態系統功能特徵,也稱為植物功能性狀。

植物功能性狀研究已取得顯著成果,應用於全球變化、古植被重建和古氣候計量評估、環境監控和評估、生態保護和修復等研究中,然而大範圍、多環境因素下的植物功能性狀研究仍有待加強,同時需要改進性狀測量方式。

植物功能性狀研究歷史悠久,早在 1934 年,勞恩克爾的生活史分類系統既是生態學角度研究植物功能性狀的經典案例。近年來,隨著國際上全球變化研究的深入,植物功能性狀與植物功能類型兩個概念相結合並應用於氣候變化對生態系統功能影響的定量分析、模擬和評估。

植物功能型指對環境因子具有相似反應、在生態系統或生物羣落中扮演相似角色的所有植物種類的組合,它們具有相同的關鍵植物功能性狀。植物功能羣體實質上等同於植物功能類型,某些植物羣落生態學家和演化生態學家更喜歡使用該名詞。

植物的功用 Play

多種植物功能性狀分類方法,根據植物對策,可分為營養性狀和生殖性狀;根據與生態系統的關係,可以分為回應性狀和影響性狀;根據其快速測量和定量描述的難易程度,可以分為「軟性狀」和「硬性狀」。

目前存在多個大尺度的功能性狀分類體系,如地中海地區植物功能性狀分類體系、全球範圍草本佔優勢植被中回應幹擾的功能性狀體系、温帶木本植被的形態和生活史性狀體系,以及全球植物功能性狀分類手冊。

植質與環境之間的聯繫是氣候、幹擾和生物環境篩選效應的結果,這方面的研究為當前環境條件下的生態系統功能奠定基礎,並為預測未來全球變化對生態系統的影響提供方法和依據。

根據經典植被/植物種類與氣候的關係,全球、洲際和區域尺度的氣候與植物功能性狀應有密切聯繫。然而,全球尺度上 175 個地點 2,548 種植物的葉經濟譜(葉片的主要化學、結構和生理特徵)研究揭示單位面積葉質量(Leaf mass per area, LMA)與氣候(年平均氣温、可能蒸散、水氣壓虧缺、太陽輻射和降水)之間雖有某些顯著相關,全球總體格局並不十分明顯。

植物的功用

降水對植物葉性狀也有顯著影響,葉片性狀的乾濕季節差異明顯反映了這種影響。

光照對植物葉片的影響非常明顯,葉大小和比葉面積都隨日照的增強而減小。

地理空間變異包括地形地貌、海拔、坡度、坡向等,其變化與氣候和土壤等的變化密切相關。經向和緯向地形地貌的地理空間變異對植物功能性狀的影響主要來自於氣温、降水和土壤特性的梯度變化。

植物生活史和生理性狀與植物分佈範圍內的土壤水分、土壤營養和火災密切相關。

幹擾包括破壞生態系統、羣落或種羣結構、改變資源、基質可利用性或物理環境的事件,如火災、放牧、生物入侵和土地利用等。以植物功能類型作為植物對幹擾響應的指示,將性狀與幹擾聯繫在一起。

放牧是一個不太強烈但很連續的幹擾形式,可以強烈破壞或改變自然植被,尤其是草原生態系統。

外來種對自然生態系統的入侵是全球生物多樣性變化所面臨的一個嚴重威脅,不同的生活史性狀如植物壽命、生活型、營養生長、傳粉和生殖系統、耐陰性和毒性等與外來種的可入侵性密切相關。

土地利用往往與植物的繁殖性狀相關。

隨著演替進程,植物高度、葉片沿莖幹的分佈、營養擴展、開花時間、種子質量、比葉面積、葉幹物質含量、葉氮含量、葉壽命、葉片出現和脱落的時間等性狀發生一些變化,但這些變化與物種組成和具體演替狀態的關係仍未取得一致結論。

某些植物形態性狀,如直立與匍匐習性、無性繁殖能力、葉片長寬比例、活躍生長季節,可影響烏拉圭中南部草地羣落優勢種的空間動力變化。

生態系統的淨第一性生產力、凋落物分解速率、土壤總碳和總氮含量與羣落的葉片功能性狀相關。

某些形態性狀,如直立與匍匐習性、無性繁殖能力、葉片長寬比例、活躍生長季節,可影響烏拉圭中南部草地羣落優勢種的空間動力變化。

氣温升高影響到不同生物羣區、不同植被類型和不同植物種類的生長和繁殖性狀,如芽生長、開花表型、葉片大小、種子數量和重量、光合能力、凋落物分解等。

CO2 濃度升高能引起生理學性狀的明顯變化,如光合速率、光補償點、葉的暗呼吸、葉氮含量、比葉面積、葉面積比、氣孔密度、葉的形態結構、生態系統中不同形態葉所佔的比例和不同植物部位間的生物質分配等性狀。

植物性狀或者屬性的研究貫穿於我國植物生態學發展的各個階段,只是前期的工作沒有把「Traits」這個概念明確提出來,近期的工作雖然明確了「Traits」概念,但其功能特徵體現不完全,植物功能性狀的研究剛剛處於起步階段。

降水梯度對我國北方不同草原地區的植物生活型和光合作用途徑等性狀有明顯影響。

乾旱能降低中國東北樣帶中羊草(Leymus chinensis)的枝密度、繁殖分配和枝的生物量。

由於物種對升温的響應不同,氣温升高不僅可以在全球尺度,同樣可以在區域尺度改變生態系統功能。

水熱聯合因子能影響植物的生活型、生長型和果實類型的發育和分佈格局。

在青藏高原,隨海拔高度增加,冠層平均葉壽命、基於面積的葉氮含量、葉面積指數、葉氮庫都相應增加,而冠層平均比葉面積、基於質量的葉氮含量都下降。

韓文軒等(Han et al., 2005)對全國 753 個物種的綜合分析表明,植物葉片的氮和磷含量隨海拔升高而增加,氮和磷比值沒有明顯變化。

放牧是我國北方草原的主要幹擾形式。

草地利用方式對羣落組成也有明顯影響,如能影響植物生物量的積累。

不同火燒制度對以不同性狀為特徵的植物功能羣的影響模擬。

利用植物功能性狀和植物功能型相結合預測火災對生態系統的影響。

利用植物生活史性狀模擬物種滅絕時間。

在氣候與植被重建方面,根據某些植物性狀與現代氣候的關係可以估測當代氣候特徵。

植物功能性狀的變異可以作為監測環境質量的有效生物學工具。

植物的功用

植物在生態系統和人類生活中扮演著至關重要的角色,它們提供著各式各樣的功用。以下是植物的一些主要功用:

功用 説明
營養來源 許多植物是食物鏈的基礎,提供人類和動物重要的營養來源,包括碳水化合物、蛋白質、維生素和礦物質。
藥用價值 植物中含有許多具有藥用價值的化合物,可製成藥物或保健品,用於預防和治療各種疾病。
提供氧氣 植物通過光合作用釋放氧氣,是地球大氣中氧氣的主要來源。
調節氣候 植物通過吸收二氧化碳和蒸散水汽,調節大氣中的温室氣體含量和濕度。
淨化水源 植物根系可以過濾水中的雜質,淨化水源並防止水體富營養化。
保土防沙 植物根系有助於固定土壤,防止水土流失和沙化。
提供棲息地 植物林冠和樹根為許多動物和昆蟲提供棲息地,並支持食物鏈。
景觀美化 植物具有觀賞價值,被用於園藝、景觀設計和公園等領域,為環境增添美觀。
經濟價值 植物是許多產業的原材料,包括木材、紙漿、布料、藥品和燃料等。
文化意義 不同植物在各文化中具有不同的象徵意義和用途,例如宗教祭祀、藥用或民間療法。

植物功用範例

以下是植物功用的具體範例:

  • 營養來源:小麥、稻米、玉米、大豆等植物提供人類的主要營養來源。
  • 藥用價值:金盞花具有抗菌和消炎作用,可用於治療傷口和皮膚感染。
  • 提供氧氣:森林和海洋中的藻類是地球氧氣的主要供應者。
  • 淨化水源:蘆葦和睡蓮等水生植物有助於淨化湖泊、河流和沼澤等水體。
  • 提供棲息地:熱帶雨林提供多種動植物的棲息地,被稱為「地球之肺」。
  • 經濟價值:橡膠樹提供製造輪胎和橡膠製品的原材料。
  • 文化意義:蓮花在佛教中象徵著純潔和重生,而聖誕樹在基督教文化中代表著聖誕節的傳統。

植物的功用是廣泛而多樣的,它們對人類和地球的健康、福祉和經濟發展至關重要。保育和可持續利用植物資源對於確保我們後代的福祉和環境的永續性至關重要。

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