本文档属于类型b:这是一篇发表在《Ecology Letters》(2009年,第12卷)上的综述论文,题为《Towards a worldwide wood economics spectrum》,由Jerome Chave(法国图卢兹大学)、David Coomes(剑桥大学)、Steven Jansen(英国皇家植物园)、Simon L. Lewis(利兹大学)、Nathan G. Swenson(哈佛大学)和Amy E. Zanne(密苏里大学圣路易斯分校)等六位作者合作完成。
这篇综述旨在整合全球木材功能性状的研究,提出“木材经济学谱”(wood economics spectrum)的概念,类比于已广泛认可的“叶片经济学谱”(leaf economics spectrum)。作者指出,木材在植物中承担机械支撑、水分运输和养分存储三大功能,但生态学家对木材功能性状的关注远少于叶片性状。通过分析8412个分类群的木材密度数据库及其他力学、解剖学和化学性状数据,作者试图揭示木材性状间的权衡关系及其与植物生态策略、生物地理分布和生物地球化学循环的关联。
木材的功能多样性体现在三个方面:
- 机械支撑:木材密度(wood density)与力学强度(如弹性模量Young’s modulus、断裂模量modulus of rupture)显著正相关(图3)。高密度木材能抵抗风害和物理损伤,但代价是生长速率降低。
- 水分运输:导管(vessel)或管胞(tracheid)的直径和长度与水力导度(hydraulic conductivity)正相关,但宽导管易导致栓塞(cavitation)风险(图2a)。木材密度与栓塞抗性(resistance to cavitation)的关联较弱,表明水分运输效率与安全性可能独立演化。
- 防御与存储:心材(heartwood)的化学防御物质(如木质素lignin、单宁tannins)与木材耐久性正相关(附录5)。深色心材的树种在腐烂实验中表现更优(图7)。
支持证据:作者整合了全球木材密度数据库(8412个分类群)、水力性状数据(168个物种的栓塞抗性)和力学测试数据(1341个样本),发现木材密度是连接机械、水分和防御功能的关键性状。
作者提出“木材经济学谱”假说,认为木材性状的变异围绕一个多维权衡空间展开(图4):
- 快速生长-低存活策略:低密度木材、高水力导度、低机械强度,适合高资源环境。
- 慢速生长-高存活策略:高密度木材、高栓塞抗性、高防御投资,适应胁迫环境。
支持证据:热带森林数据表明,高木材密度树种死亡率更低(图5b),而低密度树种生长更快(图5a)。这种权衡与叶片经济学谱中的“快速-慢速”策略一致。
支持证据:通过结合标本馆记录和气候数据,作者绘制了美洲木材密度的空间分布图(图6),发现其变异受温度、降水季节性等多因素驱动。