作者简介：华东师范大学生态与环境科学学院博士后杨菁（现为塔尔图大学功能生态学博士后）为第一作者，华东师范大学沈国春教授为通讯作者。华东师范大学王希华教授和爱沙尼亚塔尔图大学Carlos P. Carmona教授为本文共同作者。
原文链接：https://doi.org/10.1111/ele.70259
植物的功能性状，如叶片大小、茎干密度和细根直径等，是连接植物个体特征与生态系统功能的重要纽带，被广泛用于预测植物的资源获取能力和生长潜力。然而，越来越多的实证研究发现，这些性状在解释植物个体生长差异时常表现出意外的“弱相关”。为什么即使测量了每株植物的性状，也难以准确预测其生长？这是当前功能生态学中的一个核心谜题。
针对这一科学难题，研究团队以森林更新阶段的树苗群落为研究对象，提出了一个假设：激烈的生物竞争可能通过改变个体的性状表达，使性状与生长之间的关系变得模糊。为验证这一假设，团队在浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站开展了为期三年(2019—2022)的温室控制实验，选取七种天童地区的常见树种作为研究对象，共测量了5188株树木幼苗在有竞争和无竞争两种条件下的九种功能性状及生长速率，以系统评估竞争对性状–生长关系的影响。
Fig. 1 竞争如何改变性状-生长关系的概念框架。在无竞争环境中，植物的性状与生长表现之间存在可预测的关系；而在竞争环境中，性状变异性增加且生长速率下降，导致性状与生长之间的关系变得更加复杂。黑色线段代表物种内部的性状与生长关系，灰色线段表示群落水平的性状与生长关系。
结果表明，在无竞争条件下，树苗的功能性状能够较好地预测其生长速率；但在竞争条件下，这种关系显著减弱，模型的解释力平均下降了约60%（Fig. 3）。进一步的分析表明，竞争通过两条途径削弱了性状与生长之间的关联。首先，竞争显著增加了个体间的功能性状变异 (Fig. 4a)，使同一种树苗在光照、水分等资源受限的环境中表现出多样化的性状替代策略。其次，竞争普遍抑制了树苗的生长速率 (Fig. 4b)，导致生长差异总体收缩，增加了生长预测的难度。简单来说，竞争增强了性状差异的“噪声”，却减弱了性状对生长的“信号”，从而掩盖了两者之间的关系。
Fig. 3 无竞争和竞争环境下的性状-生长关系比较。
Fig. 4 竞争通过增加性状变异性并降低生长速率，从而削弱树苗性状–生长关系。
本研究首次通过控制实验系统地揭示了竞争诱导的性状可塑性与生长抑制如何协同作用，从而削弱树苗性状与生长之间的联系。该发现为解释自然群落中普遍存在的“性状–生长弱相关”现象提供了直接的实验证据，并为理解物种共存和生态系统功能的动态机制开辟了新的视角。与此同时，研究发现，在无竞争条件下，个体性状的变异性有助于提高性状–生长模型的预测能力；而在竞争环境中，这种变异性反而降低了生长模型的预测力。该结果表明，性状变异对植物生长预测力的影响具有情境依赖性，从而为以往关于“个体性状变异究竟能否提升植物生长预测能力”的研究分歧提供了新的解释与实验证据。此外，本研究还发现，这一机制不仅限于竞争。在干旱、贫瘠等非生物胁迫下，植物也会表现出类似模式：性状变异增强、生长速率下降，导致性状与生长的联系弱化。这表明植物在不同环境压力下可能遵循相似的生态规律。随着全球变化加剧，这一发现为理解植物在复杂环境中的生长表现提供了统一的科学框架，也为预测生态系统功能动态变化提供了新的视角。
本研究受国家自然科学基金(32271596、32301335)、国家重点研发计划(2024YFF1308101)及上海市自然科学基金(23ZR1419200)等项目的资助。特别感谢浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站为本研究提供的温室实验平台与技术支持，并感谢BILab课题组成员在控制实验与数据采集中的长期协助与贡献。
杨菁，现为塔尔图大学功能生态学博士后。2022年获华东师范大学生态学博士学位，2022—2024年于华东师范大学生态学博士后流动站从事研究工作。主要通过温室控制实验与野外监测数据，探究功能性状变异对种间竞争与物种共存的影响。杨博士主持国家自然科学基金青年项目及中国博士后科学基金第72批面上项目。以第一作者或共同第一作者身份，在 Nature Communications、Ecology Letters、Ecological Indicators、Frontiers in Plant Science、Forest Ecology and Management 等国际学术期刊发表研究成果。其研究成果入选“中国森林生物多样性监测网络二十周年十大成果”，并荣获“第二届全国生态学优秀博士学位论文奖”。目前担任《Journal of Plant Ecology》青年编委。
来源：华东师范大学生态与环境科学学院
