森林群落物种多度格局动态变化过程中的正负调节机制

The maintenance mechanism of biodiversity is one of the hottest research topics in community ecology. The Janzen-Connell hypothesis, which describes a distant- and/or density-dependent effect caused by host-specific natural enemies (including pathogens, herbivores and mammals), has been widely approved by previous studies. However, these studies have paid little consideration to the effect of mycorrhizal fungi, which have symbiosis with more than 90% plant species. Moreover, the relative abundance dynamics among populations within a same species is also been overlooked. In this project, we propose a dynamic relative abundance pattern regulated by natural enemies and mycorrhizal fungi: The positive effects (driven by mycorrhizal fungi) and negative effects (driven by pathogens and herbivores) determine the net effect on host individuals, and consequently influence the balance of abundance dynamics and community structure. Here we focus on the Heishiding subtropical evergreen forest in south China. By conducting field census, field manipulative experiments and shade-house experiments, we intend to investigate the underlying mechanism of species abundance pattern in forest communities. We will establish abundance gradients of 20 focal species, to simulate the dynamic pattern from local rare to local dominant, and investigate how herbivores, pathogens and mycorrhizal fungi drive this pattern. By this project, we expect to provide more reasonable explanations for species coexistence theories and more scientific guidances for biodiversity conservation.

森林群落中物种多度格局的维持机制是群落生态学研究的热点之一，Janzen-Connell假说阐述的专一性天敌驱动的密度、距离制约效应得到了广泛验证。然而，现有研究较少考虑与高等植物存在广泛共生关系的菌根真菌的影响，且大部分研究主要关注物种水平而忽视了同一物种的相对多度在不同群落内的动态变化。本课题提出如下假说：各物种和同一物种不同种群的相对多度是动态变化的，这种变化是由天敌驱动的负效应和菌根真菌驱动的正效应抵消后的净效应决定的，即正负反馈作用能调节物种相对多度的动态平衡。本研究以亚热带常绿阔叶林为对象，采用野外调查、控制实验相结合的方法，通过建立同种个体多度梯度，并定量分析植食性昆虫、病原菌驱动的负效应和菌根真菌的正效应的作用强度，探讨自然界中物种从丰富到稀有的动态过程中正负两方面所起的作用。本研究将完善优势种、常见种和稀有种形成和维持机制的理论体系，并为生物多样性保护提供科学依据。

生物多样性的形成和维持机制是本世纪亟待解决的25个重大科学问题之一。在众多解释机制中，Janzen-Connell假说阐述的专一性天敌驱动的密度、距离制约效应得到了广泛验证。然而，现有的研究较少考虑群落水平上同一物种的相对多度的动态变化，以及病原菌和菌根真菌产生的影响。本项目以南亚热带常绿阔叶林乔木树种为研究对象开展研究，（1）通过10年幼苗动态调查数据，以及建立同种个体多度梯度实验，阐明物种丰度与病原菌浓度、幼苗死亡率之间存在正相关关系，揭示了病原菌影响的物种相对多度的动态平衡；（2）在野外调查和温室实验中同时证明幼苗、成树阶段均呈现正的谱系多样性-生产力关系，基于高通量测序数据进一步证明病原菌和菌根真菌是谱系多样性-生产力格局形成的重要驱动者；（3）进一步通过控制实验同时划分菌根真菌（外生菌根真菌和丛枝菌根真菌）和病原菌的作用，发现外生菌根真菌比丛枝菌根真菌更能保护寄主植物免受病原菌的侵染。通过一系列研究，本项目完善了自然界中优势种、常见种和稀有种形成和维持机制的理论体系，阐述了不同类型菌根真菌与病原菌的相互作用，为科学造林以及生物多样性保护提供科学依据。