Augu funkcionālās pazīmes saistītas ar auga un visas ekosistēmas funkcionēšanu – tās ietekmē ekosistēmas darbību un/vai atspoguļo auga reakciju uz vides izmaiņām. Augu funkcionālās pazīmes un augu iedalījums funkcionālajās grupās pēc to pazīmēm ir relatīvi jauns koncepts ekoloģijā, kas atšķiras no sugu taksonomiskā iedalījuma, kurš dominēja līdz pat 21. gs. sākumam. 20. gs. 70.‒80. gados ekoloģisko pētījumu pamatvienība bija suga, savukārt 21. gs. sākumā par tādu kļuva augu funkcionālās pazīmes, piemēram, auga spēja transportēt ūdeni, absorbēt gaismu vai piesaistīt oglekli (C). Šāda paradigmas maiņa saistīta ar cilvēka radītajām globālajām pārmaiņām dabā, kas reducējušas ekosistēmu spēju funkcionēt un līdz ar to nodrošināt sabiedrību ar cilvēka izdzīvošanai nepieciešamiem ekosistēmu pakalpojumiem: klimata regulēšanu, ūdens attīrīšanu, ūdens un barības vielu apriti un citiem. Līdz ar to pieauga nepieciešamība precīzi novērtēt faktorus, kas ietekmē šo ekosistēmu funkcionēšanu. Augu funkcionālās pazīmes augšupmērogojot no viena indivīda līdz visiem augiem konkrētā ekosistēmā, iespējams prognozēt visas ekosistēmas produktivitāti, piemēram, konkrēta meža nogabala spēju fiksēt oglekli.

Augu funkcionālo pazīmju koncepta pamatā ir apgalvojums, ka ekosistēmu īpašības, kvalitāti un pakalpojumus nosaka nevis tajās mītošo sugu skaits un pārpilnība, bet gan to funkcionālā daudzveidība – ekosistēmā esošo organismu funkcionālo pazīmju vērtības un diapazons. Līdz ar to galvenā uzmanība tiek novirzīta no sugu daudzveidības, pārpilnības un identitātes uz sugu funkcionēšanu. Koncepta pamatā ir arī pieņēmums, ka divas sugas ar līdzīgām pazīmēm pilda līdzīgu lomu ekosistēmā. Funkcionālā pieeja fokusējas uz pašu mehānismu, kas vada organismu un vides attiecības, tādējādi sniedzot būtiski jaunu informāciju dabas resursu pārvaldībā.

Lai auga pazīmi varētu izmantot pētījumiem, tai jāatbilst kritērijiem: 1) pazīmei jābūt saistītai ar kādu auga funkciju; 2) tai jābūt relatīvi viegli un ātri izmērāmai; 3) pazīmei jābūt izmērāmai pēc vienotas metodikas lielam daudzumam dažādu sugu dažādos augšanas apstākļos; 4) pazīmei jāļauj veidot sugu hierarhiju, kas atšķirīgās vidēs saglabājas nemainīga. Pazīmes, kas atbilst šādiem kritērijiem, ļauj salīdzināt augu un ekosistēmu funkcionēšanu dažādās vidēs.

Augu funkcionālās pazīmes ietver:

• visa auga pazīmes (piemēram, auga garums (plant height), auga dzīvības forma (life form));
• lapu pazīmes (piemēram, lapas īpatnējais laukums (specific leaf area, SLA), slāpekļa saturs lapā (leaf nitrogen content));
• stumbra un pazemes pazīmes (piemēram, mizas biezums (bark thickness), saknes garums (root length));
• reģeneratīvās pazīmes (piemēram, izplatīšanās veids (dispersal mode), sēklas masa (seed mass), asnu dīgšanas kapacitāte (resprouting capacity)).

Pazīme var raksturot:

• organisma fizioloģiju (piemēram, bazālais metabolisma ātrums (basal metabolic rate), barības vielu saturs lapā (nutrient content per leaf), salizturība (frost tolerance), fotosintēzes ātrums (photosynthetic rate));
• organisma bioķīmiju (piemēram, hlorofila saturs lapā (leaf chlorophyll content));
• organisma morfoloģiju (piemēram, sēklas lielums (seed size), lapas masa uz laukuma vienību (leaf mass per area), koksnes blīvums (wood density));
• organisma fenoloģiju (piemēram, pirmās ziedēšanas datums (first flowering date)).

Atkarībā no mērīšanas sarežģītības pazīmes var būt vienkārši iegūstamas (soft traits) vai sarežģīti iegūstamas (hard traits). Vienkārši iegūstamas pazīmes izmanto kā aizstājējvērtības (as proxies), jo tās viegli novērot un ātri izmērīt, bet tās vājāk korelē ar ekosistēmas funkcijām. Piemēram, sēklu izplatīšanās procesu raksturo izplatīšanās kapacitāte (dispersal capacity), kas ir sarežģīti iegūstama pazīme, taču šo pašu procesu var analizēt, arī nosakot sēklas masu, sēklas formu (seed shape) un izplatīšanās veidu, kas visas ir vienkārši iegūstamas pazīmes. Vienkārši iegūstamas pazīmes sauc arī par funkcionālajiem marķieriem. Pazīme var būt kvantitatīva (piemēram, auga garums, sēklu masa) vai kvalitatīva (piemēram, viengadīgs, divgadīgs vai daudzgadīgs augs, vasarzaļš, ziemzaļš vai mūžzaļš augs).

Izšķir reakcijas pazīmes (response traits) un iedarbības pazīmes (effect traits). Reakcijas pazīmes saistītas ar auga atbildes reakciju uz vides izmaiņām. Tās mainās līdz ar vides gradientu un nosaka ekosistēmas noturību (resilience). Iedarbības pazīmes saistītas ar paša auga iedarbību uz vidi un uz tās funkcijām, piemēram, uz bioģeoķīmiskajiem procesiem, oglekļa dioksīda (CO₂) fiksāciju, produktivitāti, traucējumiem. Šīs abas grupas var arī pārklāties.

Sugas var ievērojami atšķirties pēc pazīmju vērtībām, kas saistīts ar to dažādo evolucionāro attīstību. Piemēram, lapas laukums var būt no 1 mm² (volfijām, Wolffia spp) līdz pat 6 m² (karaliskajai viktorijai, Victoria amazonica).

Šī pazīme ir saistīta ar ūdens un barības vielu pieejamību: aukstākā, sausākā un barības vielām nabadzīgākā vidē augošiem augiem lapas izmērs parasti ir mazāks. Saistību starp lapas izmēru un klimatu izmanto paleoklimata rekonstruēšanā. Pazīmju mainību (trait variability) aplūko vairākos līmeņos:

1) iekšsugas līmenī (intraspecific level), kad suga parāda kādas pazīmes mainību, reaģējot uz kādu vides faktoru. Iekšsugas pazīmes mainību (intraspecific trait variability) nosaka divi mehānismi: sugas ģenētiskā mainība (genetic variability) un fenotipiskais plastiskums (phenotypic plasticity);

2) sugas līmenī (species level), kad tiek salīdzināta kādas pazīmes vērtība vienai sugai, kas atrodas dažādās pozīcijās gar vides gradientu (vides gradients – vides faktora pakāpeniskas izmaiņas telpā vai laikā);

3) starp sugām – augu sabiedrību līmenī (community level).

Pazīme var būt atkarīga arī no citām pazīmēm, ko nosaka kovariācija starp pazīmju pāriem vai to kopām. Piemēram, augiem, kas aug resursiem nabadzīgā vidē, raksturīgs zems augšanas, fotosintēzes, barības vielu uzsūkšanas un audu aprites ātrums, bet augsta sekundāro metabolītu koncentrācija. Šādas pazīmju kopas ļauj identificēt vairākas variāciju asis, kas attēlo dažādas augu stratēģijas. Augu stratēģiju definēšanā būtiskas ir trīs dimensijas: (1) resursu iegūšana un izmantošana (resource acquisition and use), (2) auga augšana un konkurētspēja (competitive ability) un (3) reprodukcija (sexual regeneration). Attiecības starp pazīmēm tiek izmantotas pētījumos, kas saistīti ar augu atbildes reakciju uz zemes izmantošanas izmaiņām, biodaudzveidības-biomasas veģetācijas dinamikas modeļos un citur.

Atkarībā no pētāmā jautājuma augus grupē pēc to pazīmēm augu funkcionālajās grupās (plant functional groups). Piemēram, lai pētītu augu izplatīšanos un konkurenci, augus var grupēt pēc sēklu lieluma; lai pētītu gaismas uztveršanas spēju – pēc lapas īpatnējā laukuma; lai pētītu fotosintēzi – pēc barības vielu koncentrācijas lapā (leaf nutrient concentration); lai pētītu aizsardzības spēju pret kaitēkļiem – pēc koksnes blīvuma, lapu stingrības (leaf toughness). Augus, kas līdzīgā veidā atbild uz konkrētām vides izmaiņām vai ietekmē tās, apvieno vienā funkcionālajā grupā.

Ekosistēmā mītošo sugu funkcionālo pazīmju daudzveidība nosaka dotās ekosistēmas funkcionālo daudzveidību. Tās novērtēšanai izmanto funkcionālās daudzveidības indeksus: pazīmju vērtību vidējo svērto (Community Weighted Mean of trait values, CWM), pazīmju vērtību vidējo varianci (Community Weighted Variance of trait values, CWV), Rao indeksu (Rao index, Q); funkcionālās izkliedētības indeksu (functional dispersion index, FDis) un citus. Izvēloties pazīmes indeksu aprēķināšanai, būtiski ņemt vērā, cik un kādas pazīmes iekļaut un kādu ieskatu tās sniegs analizējamos ekosistēmas procesos vai struktūrā. Piemēram, oglekļa sekvestrēšanu veģetācijā un augsnē izsaka pazīmes: vainaga lielums un arhitektūra, koksnes blīvums, augstums, ziedēšanas fenoloģija, augšanas forma, lapu pakaišu daudzums, saknes garums, saknes blīvums, relatīvais augšanas ātrums (relative growth rate, RGR), slāpekļa saturs lapā.

Pirmo augu funkcionālo klasifikāciju – kokos, krūmos un lakstaugos – ierosināja botānikas dibinātājs, grieķu filozofs Teofrasts (Θεόφραστος) ap 300. gadu p. m. ē. 19. gs. otrajā pusē funkcionālās pieejas attīstību veicināja vācu ģeogrāfa Aleksandra fon Humbolta (Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander Freiherr von Humboldt) bioģeogrāfiskie pētījumi. A. fon Humbolts pirmo reizi konstatēja saistību starp auga formu un tā funkcijām un izveidoja klasifikāciju, kas balstīta uz augu augšanas formām (1806). Augu formu ekoloģisko nozīmi attīstīja dāņu botāniķis Eugēnijs Varmings (Johannes Eugenius Bülow Warming) un vācu botāniķis Andrēass Šimpers (Andreas Franz Wilhelm Schimper). 1934. gadā dāņu botāniķis Kristens Raunkiērs (Christen Raunkiær) izstrādāja klasifikācijas sistēmu pēc augu dzīvības formas, kas tiek izmantota arī mūsdienās. Tā pamatojas uz auga augšanas punkta (pumpura) atrašanās vietu tam visnelabvēlīgākajos apstākļos. Šo sistēmu tālāk attīstīja amerikāņu ekologs Eldžins Bokss (Elgene Owen Box) 20. gs. 80. gadu sākumā, iekļaujot tajā augu fenoloģiskās īpašības. 20. gs. ierosinātas vairākas klasifikācijas sistēmas, kuru pamatā bija morfoloģiskie vai funkcionālie kritēriji. Pilnīgi atšķirīgu sistēmu 1987. gadā ieviesa franču botāniķis Fransiss Allē (Francis Hallé), klasificējot kokus pēc to telpiskās arhitektūras (sazarošanās veida). 1974.–1979. gadā britu ekologs Filips Graims (John Philip Grime) izstrādāja universālo adaptīvās stratēģijas teoriju (Universal adaptive strategy theory) un ieviesa C-S-R (C – competitors, S – stress tolerators, R – ruderals) augu funkcionālās grupas, iedalot organismus pēc to reakcijas uz traucējumiem un resursu ierobežojumiem. Šai teorijai joprojām ir ievērojama ietekme augu ekoloģijā. 20. gs. beigās Šefīldas universitātes (University of Sheffield) pētniecības projektā tika izveidota pirmā augu pazīmju datubāze Excel tabulas veidā: Elektroniskā salīdzinošā augu ekoloģija (Electronic Comparative Plant Ecology, 1995). 21. gs. sākumā izstrādāts pirmais starptautiskais augu pazīmju vērtību mērīšanas standarts, ļaujot pazīmes mērīt vienoti visā pasaulē. Intensīvi pētījumi 20. un 21. gs. mijā bija pamats daudzām liela apjoma elektroniskām augu pazīmju datubāzēm: LEDA, BiolFlor, The Ecological Flora of the British Isles un citām.

Funkcionālo pazīmju pieeja (functional trait-based approach) radījusi paradigmas maiņu izpratnē par dzīvās dabas darbības pamatmehānismiem un to adekvātu pārvaldīšanu, kas izraisīja strauju šīs pieejas popularitāti un pielietojumu ne tikai zinātņu sfērās, bet arī praksē – tautsaimniecības nozarēs, kas saistītas ar augu un dzīvnieku izmantošanu cilvēka vajadzībām. Zināšanas par augu funkcionālajām pazīmēm un to attiecībām ar vidi sniedz jaunu informāciju par ekoloģiskajiem pamatprocesiem uz Zemes, ekosistēmu adaptācijas spējām globālo pārmaiņu kontekstā; tās tiek izmantotas veģetācijas modeļu un Zemes sistēmas modeļu izstrādē dažādos klimata scenārijos un citur. Augu funkcionālās pazīmes ļauj precīzi novērtēt un salīdzināt arī ekosistēmu pakalpojumus, piemēram, virszemes biomasas ražošanu un/vai oglekļa piesaisti, un attiecīgi izstrādāt stratēģijas biomasas ražošanas palielināšanai un/vai oglekļa piesaistes saglabāšanai un veicināšanai dažādos mērogos.

Zināšanas par augu funkcionālajām pazīmēm tiek izmantotas arī praktiski, lai uzlabotu esošo agrosistēmu un meža sistēmu ražību, nekaitējot apkārtējai videi. Tiek uzlabota barības vielu aprite agrosistēmās, modificēti bioģeoķīmiskie cikli, ieviesti bioloģiskie kaitēkļu apkarošanas līdzekļi, kontrolēta nezāļu izplatīšanās, ierobežojot to negatīvās īpašības un izmantojot pozitīvās (piemēram, izmantojot nezāles kā barību vai slēptuvi ekosistēmas funkcionēšanai nepieciešamiem organismiem), tiek dažādots audzējamo mērķsugu sastāvs, pārejot no monokultūrām uz polikultūrām, kas ir izturīgākas pret saules, sausuma, vēja, uguns, kaitēkļu u. c. postījumiem, tiek pārdomāti apsaimniekotas ganības (piemēram, ganībām izmantojot augus ar atbilstošu C-S-R augu stratēģiju) un veiktas citas darbības. Augu funkcionālo pazīmju koncepta izmantošana dod iespēju precīzi prognozēt un optimizēt sugu sukcesijas procesu, imitēt dabiskos traucējumus, izprast organismu reakciju uz traucējumiem, izprast un regulēt konkrētas ekosistēmas ietekmi uz vides mainīgajiem lielumiem, piemēram, uz organisko vielu saturu augsnē. Augu funkcionālā pieeja tiek izmantota, arī lai radītu inovatīvas un ražīgas agrosistēmas un meža sistēmas.

Augu funkcionālo pazīmju datu augšupmērogošana gan dabiskās, gan mākslīgās ekosistēmās ļauj tos vispārināt līdz globālam līmenim, dodot precīzu informāciju par to, kā funkcionē Zeme un kā to adekvāti pārvaldīt mūsdienu globālo pārmaiņu laikmetā.

2007. gadā sāka veidot globālu augu pazīmju datu bāzi TRY, ko pārvalda starptautiska pētniecības programma Future Earth un Maksa Planka Bioģeoķīmijas institūts (Max-Planck-Institut für Biogeochemie). Līdz 12.2019. šajā datubāzē integrētas vairāk nekā 400 datu kopas, ieskaitot gan publicētu un nepublicētu oriģināldatu kopas, gan lielapjoma kolektīvas datu bāzes (LEDA, GlopNet, BiolFlor, SID, EcoFlora, FRED u. c.). TRY jaunākā, 5., versija (izlaista 03.2019.) satur gandrīz 11 miljonus pazīmju ierakstu par 2100 pazīmēm, kas iegūtas no 4 miljoniem augu un pārstāv 160 000 taksonu (galvenokārt sugu). Apzināts, ka funkcionālo datu iztrūkums vēl veido 64,5 % (t. s. Raunkiēra deficīts, Raunkiæran shortfall), kas ir ievērojams, ņemot vērā funkcionālās analīzes nozīmi ekoloģisko, evolucionāro un globālo procesu izpētē.

Vairāk izpētītas ir sugas, ģintis, dzimtas, kam ir ekonomiska nozīme: graudzāļu (Poaceae), priežu (Pinaceae), nakteņu (Solanaceae), zīdkoku (Moraceae), eiforbiju (Eurphorbiaceae), īrisu (Iridaceae), kāpnīšu (Polemonaceae). Mazāk pētītas: sūnas (īpaši aknu sūnas), orhideju (Orchidaceae), asteru (Asteraceae), lūpziežu jeb panātru (Lamiaceae) dzimtas. 13 % no visām uz pasaules zināmajām augu sugām nav aprakstīta neviena pazīme – zināms tikai sugas nosaukums. Lai šis sugas izpētītu, nepieciešams vispirms ievākt pazīmju datus no herbārijiem, jo daļa sugu, par kurām nav datu, atrodas herbārijos, kā arī – ievākt pazīmju datus no augiem biotopos, kas ir apdraudēti un iet bojā.

Tiek identificēts visu pazīmju spektrs (dimensijas), kas ļautu aptvert sugu funkcionālo daudzveidību uz Zemes. Tiek veidotas globālas funkcionālo pazīmju kartes, piemēram, starptautiska zinātnieku grupa Viljama Kornvela (William K. Cornwell) vadībā izveidojusi pirmo karti piecām svarīgākajām augu pazīmēm – sēklas masai, lapas īpatnējam laukumam, slāpekļa saturam lapā, lapas lielumam (leaf size), auga maksimālajam garumam (2014). Pēc koku lapu un vainaga īpašībām tiek prognozēti ekosistēmas procesi lielākos telplaika mērogos. 2015. gadā izvirzīta pazīmju-virzītāju teorija (Trait-Driver Theory, TDT), kas nosaka, ka augu funkcionālo pazīmju un to vērtību sadalījums ekosistēmā saistīts ar ekosistēmas virzītājspēkiem un to atbildes reakciju. Veidojas jauni zinātņu atzari: pielietojamā funkcionālā ekoloģija, agroekoloģija, funkcionālā bioģeogrāfija un citi.

Funkcionālā pieeja tiek ieviesta arī ekosistēmu pakalpojumu novērtēšanā. Tiek veikts precīzs ekosistēmu īpašību un ekosistēmu pakalpojumu novērtējums (primārā un sekundārā produkcija, organisko un barības vielu cikla degradācija, minerālvielu fonds, ekosistēmas noturība un citi).

Aktuālas pētījumu tēmas: sugu evolucionāro (filoģenētisko) un funkcionālo attiecību mijiedarbība, funkcionālo pazīmju filoģenētisko koku izstrāde, primāro producentu funkcionālo pazīmju loma trofiskā tīkla organizācijā, fotosintētiskā kapacitāte, funkcionālo pazīmju kartes, funkcionālo pazīmju mainība telpā un laikā, augu dzīves vēstures stratēģijas, atslēgas funkcionālās pazīmes, attiecības starp izplatīšanās un noturības pazīmēm, tumšā respirācija un citas.