最近开发的全球性状数据库对于大大促进了我们对整个植物界的表型多样性（本文称性状多样性）的认识。这种表征对于预测全球变化对生物多样性和生物圈功能的影响至关重要。然而，我们对植物性状多样性的了解一直偏重于中生代生物群落（例如温带地区）。尽管目前性状观测的地理覆盖范围正在不断扩大，但对全球许多地区的探索仍然不足。尤其是旱地，尽管其面积约占地球陆地面积的45%，遍布所有纬度和大陆，但其在全球性状数据库中的代表性仍然很低。旱地极易受到多种全球变化驱动因素的影响，包括干旱度的变化和旱地主要土地用途——牲畜放牧的压力。例如，干旱程度（定义为1-干旱指数，其中干旱指数= 平均年降水量/潜在蒸散量）超过0.7或放牧压力增加会导致生态系统的多种属性发生突然和系统性的变化，包括植物物种丰富度和盖度的急剧下降，从而可能导致土地退化和荒漠化。然而，在全球范围内，干旱和放牧压力的增加会如何共同塑造旱地的性状多样性，这几乎未知。
人们普遍认为，超过干旱阈值和放牧压力增加会减少旱地的性状多样性，因为只有那些能够耐受极端温度、低土壤养分含量和水分供应以及高放牧率的物种才会被选中。然而，旱地的植物形态和功能却呈现出显著的多样性。出现这种悖论的原因可能是，不同的性状综合征（trait syndromes）在应对特定环境限制时具有相同的表现，从而允许植物在恶劣环境中采取不同的生存策略。鉴于性状多样性在为居住在干旱地区的 20 多亿人提供基本生态系统服务方面的重要性，理解这种差异是一项至关重要的研究需求。
植物性状在物种间可预测地共变，这是因为进化和生态制约因素限制了性状组合的可行数量，最终决定了植物性状多样性的程度。当前描述性状共变基本特征的全球性研究主要关注植物形态多样性和叶片碳经济，但在很大程度上忽视了维持植物生存和生长的化学元素的多样性。植物叶片中的元素浓度（植物元素组）对植物发育、动物和人类健康以及全球生物地球化学循环都有重大影响。此外，植物元素组在决定植物对缺水和食草动物的反应方面起着关键作用。然而，我们并不清楚植物元素组在植物物种间的分布情况，以及它如何影响全球旱地的性状多样性模式。因此，考虑植物元素组可能会揭示出新的功能层面，从而有可能改变我们对旱地植物策略及其对持续全球变化的响应的理解。
该研究对全球范围内 326 个样地的 301 种多年生植物的20个化学和形态性状进行了总计 133769 次性状测量，用以评估全球旱地中这些性状如何共同变化从而对干旱和放牧压力做出反应。样地分布于25 个国家的98 个地点（图1），测量性状包括植株叶片的14种化学元素（C、N、P、K、Mg、Ca、S、Zn、Na、Cu、Mn、Fe、Ba和Al）、叶片和植株大小、叶片碳经济谱（比叶面积 (SLA) 和叶干物质含量(LDMC)）。结果表明，当干旱程度超过约 0.7 这一阈值（接近半干旱和干旱区之间的过渡）时，性状多样性意外地增加了 88%（图2）。这一阈值出现在有食草动物的情况下，并随着放牧压力的增加向更低的干旱水平移动。此外，观察到的57%的性状多样性仅出现在最干旱和放牧最严重的旱地，这突出表明了这些极端环境的表型独特性。这些研究结果表明，旱地是全球植物表型多样性的重要储存库，这些结果也挑战了普遍认为恶劣环境条件会降低植物性状多样性的观点。这些研究还强调，许多替代策略可使植物应对气候变化和土地使用集约化升高的环境压力。
图1 全球旱地牧场植物性状多样性调查样点分布。
图2 干旱和放牧导致全球旱地植物性状多样性增加。
图3 超过干旱阈值后性状整体指标的突变
图4 放牧与干旱相互作用推动了全球旱地的性状共变和多样性。
