亚热带森林细根特征多样性及其影响地下产量机制研究

The relationship between biodiversity and ecosystem functions have been attracted immense interests and became one of the frontiers and hot topics in current ecological research. Increases in biodiversity are assumed to improve ecosystem functions, services and stability. However, belowground species richness and traits diversity of fine roots and their effects on community assembly and ecosystem functions (especially belowground fine root production) are still unclear. In this study, we will use the DNA-sequence-based method to identify tree species and to estimate relative proportion of a species in the fine root mixtures. We will collect fine root samples by using soil cores and ingrowth cores in the small cluster plots designed with a diversity gradient from 1 to 4 tree species (Pinus massoniana, Choerospondias axillaris, Lithocarpus glaber and Cyclobalanopsis glauca) and three 1 ha permanent plots (coniferous, deciduous and evergreen broadleaved forests). The fine root samples will be used to identify tree species, to analyze morphology and architecture for different fine root orders, and to estimate phylogenetic structure. Based on these data, we will investigate belowground fine root traits diversity and their effects on belowground fine root production, and will partition select effect and complimentary effect in explaining trait diversity effects on belowground production. The results will provide theoretical basis for biodiversity conservation, soil fertility maintenance and ecosystem production improvement in Chinese subtropical forests.

生物多样性与生态系统功能之间的关系是当今生态学研究的前沿和热点问题。生物多样性增加有利于提高生态系统功能、生态服务和稳定性。但是，地下细根多样性如何？对群落构建和生态系统功能（特别是生产力）产生怎样的影响？影响的机制是什么？这些问题均是亚热带森林地下生态过程研究的盲点。本项目利用DNA方法精确识别细根的树种归属，在树种水平（4个树种构成多样性梯度的林木丛实验）和群落水平（1ha样地）上，研究亚热带3种典型森林地下聚集细根的树种组成、物种丰富度、功能特性及谱系多样性，明晰地上树种类型、地下物种丰富度、细根功能特性、谱系结构等对细根产量的影响，解析选择效应（树种因素）和互补效应（空间分布、养分利用）对地下产量的作用，揭示亚热带森林中细根聚集和多样性特征对地下产量的调控机制，为亚热带森林生物多样性保育、土壤养分维持和提高森林生产力提供理论依据。

生物多样性与生态系统功能之间的关系是当今生态学研究的前沿和热点问题。但是，地下细根多样性对群落构建和生态系统功能产生怎样的影响以及影响的机制并不清楚。因此，明晰地上树种类型和地下物种丰富度对细根产量的影响，解析选择效应和互补效应对揭示亚热带森林中细根聚集和多样性特征对地下产量的调控机制具有重要的科学意义。本项目采用DNA方法精确识别细根的树种归属，在树种水平（4个树种构成多样性梯度的林木丛实验）和群落水平（1 ha样地）上，研究了亚热带3种典型森林地下聚集细根的树种组成、物种丰富度、功能特性及谱系多样性，明晰了地上树种类型、地下物种丰富度、细根功能特性、谱系结构等对细根产量的影响，解析了选择效应（树种因素）和互补效应（空间分布、养分利用）对地下产量的作用，揭示了亚热带森林中细根聚集和多样性特征对地下产量的调控机制，为亚热带森林生物多样性保育、土壤养分维持和提高森林生产力提供了理论依据。.研究结果表明：（1）qPCR和通用引物法都能成功识别出和估算地上树种细根。（2）物种丰富度是预测细根生物量的最佳预测指数。（3）树种多样性和细根生物量之间存在显著的正相关关系，并且受到负林分密度效应的制约。（4）细根年生产力受到树种多样性、林分密度、土壤磷三者相互作用的影响。（5）土壤细菌和真菌多样性在调节树种丰富度对土壤P生物有效性的影响方面起着主导作用。（6）选择效应即优势树种是树种多样性影响土壤微生物多样性及组成的主要机制。.主要成果包括：①开发了两种细根树种识别和生物量估算方法。②明确各多样性特征指标与细根生物量之间的关系，并确定树种丰富度是细根生物量的最佳预测指数。③明晰地下超产机理，地下超产受到多样性、林分密度、土壤养分和微生物的共同作用。④在学术交流、发表论文和人才培养等方面完成了规定的指标，已发表5篇高质量SCI论文，培养博士生2，硕士生3名。