植物功能性状不仅能客观反映植物对环境变化的响应,还可将环境、个体及生态系统的结构与功能很好地联系起来,是理解生物多样性与生态系统功能(BEF)关系及其对环境响应机制的重要手段。本论文首先在我国东北纬度梯度上阔叶红松林的演替进程中,重点研究:(1)群落水平上植物功能性状和功能多样性沿纬度和演替梯度的变化及与环境的关系,以探讨植物对环境梯度的响应策略。(2)环境梯度、植物功能性状和多样性对生物量和生产力的影响,及三者的相对重要性随气候和演替梯度的变化,以检验几个重要的BEF假说。然后进一步在全国尺度上进行验证与拓展,继续探讨:(3)全国纬度梯度上植物功能性状和多样性对森林生物量的影响,及其沿全国纬度气候梯度的变化规律。(4)如何用核心功能性状(树高)对全国不同森林类型的生物量进行预测。主要研究结果如下:(1)群落功能性状和功能多样性的变化及与环境的关系:①在我国东北地区纬度梯度上,随着纬度的增加,群落中比叶面积、种子质量和木材密度显著变小,叶片氮含量显著降低、叶片磷含量显著增加、比叶面积的RaoQ指数显著减小。②在东北阔叶红松林演替进程中,演替中期是群落功能性状发生转变的关键时期,除最大树高在演替中期值最低外(晚期值最高),其它5个性状的群落权重均值均在演替中期最高;最大树高、比叶面积和叶片氮含量的RaoQ指数随演替进程的发展显著增加;叶片磷含量的RaoQ指数则是显著的中间高两边低的格局,演替中晚期值最高。③各群落功能性状和功能多样性都主要受气候或生物因素的独立影响。(2)东北纬度和演替梯度上生物多样性对森林生物量和生产力的影响:①在去除环境梯度的影响后,“抽样效应”和“生态位互补效应”对二者仍有显著的影响,其中“抽样效应”占主导。②随着气候条件的改善,“抽样效应”和“生态位互补效应”对生产力作用的独立效应减小,而总效应及二者分别与环境的协同效应增加;对生物量作用的独立效应增加,而总效应及二者分别与环境的协同效应减小。③随着东北阔叶红松林演替进程的发展,对生物量和生产力的作用,都是“抽样效应”减弱而“生态位互补效应”增强,支持随时间推移“抽样向互补效应转型”假说。④不同性状的群落水平性状值和功能多样性与生物量和生产力的关系不同,对二者的影响也不同,但整体上功能多样性与二者通常正相关,强化资源保护的性状值与生物量通常正相关,与生产力通常负相关;强化资源获取的性状值与生产力通常正相关。(3)全国纬度梯度上功能性状和多样性对森林生物量的影响:①物种丰富度和功能性状对生物量作用的效应大部分与环境因素所共享,但去除环境因素的影响后,多样性和功能性状仍对生物量影响显著。②物种丰富度和功能性状对生物量的作用主要通过二者的协同效应所发挥,进一步表明生物多样性主要通过“抽样效应”起作用。③从我国北方森林到南方热带森林:a.环境和物种丰富度的独立效应减小,功能性状的总效应增加;b.生物量-物种丰富度间关系的斜率减小,可能是由于随着生产力的提高,互补效应的作用降低而竞争排斥的作用增强所致。最后,综合分析表明虽然生物多样性确实对森林生物量有显著影响,但在预测大尺度的生物量格局方面,其重要性不及环境梯度和其他生物因素。(4)用核心功能性状(树高)对全国森林生物量的预测结果显示:本研究中仅林分高就可解释全国森林生物量62%的变化,但生物量与林分高的关系受气候、植被类型、生活型等因素的显著影响,其中气候因素的影响远高于其他因素。当模型中考虑了气候和生物因素的影响后,森林生物量的地理格局可通过林分高得到很好预测,模型r2在0.63至0.78之间。同时建立了针对全国不同森林类型用林分高估算生物量的校准模型,可在未来被用于LiDAR估算森林生物量的实践中。本研究在纬度气候和演替梯度上分别探讨了植物功能性状和多样性的分布规律及其对森林生物量和生产力的影响,结果表明,时空梯度不仅直接影响植物功能性状和生物多样性的分布,也影响了二者对生态系统功能的效应,而这些分布及效应沿环境梯度呈现一定规律。不同的功能性状对环境梯度的响应策略和对生态系统功能的作用虽不尽相同,但整体上也遵循着一定的规律。了解这些规律不仅有助于理解植被对全球气候变化的响应,也有助于理解生物多样性在自然界中的真实效应,同时对我国大量森林的经营、生态恢复、多样性的保护和碳汇监测,具有重要的理论指导意义。