基于植物重要生理性状、环境因子和物种多度的关系探究南亚热带不同演替阶段森林群落的构建机制

Taking the advantages of plant functional trait to explore community assembly mechanisms, significant progresses have been achieved in recent years. However, most relevant studies so far usually selected traits easy to measure (e.g. specific leaf area, plant height, etc.), which are generally only proxies to plant physiological processes. Due to their limited function in reflecting the direct response and adaptation of plants to environmental changes, these traits maybe not appropriate predictors for community assembly. In addition, environmental factors are important determinants for plant performance, in particular some key eco-physiological traits of plant hydraulics and photosynthesis are closely correlated with environmental conditions. The study site of this proposal, Dinghushan National Nature Reserve in the subtropics of southern China, has an entire secondary succession sere of subtropical forests. The proposed research will be focused on analyzing the interrelationship among key eco-physiological traits related to plant hydraulics and photosynthesis, environmental factors including nutrient and water content in soil, and species abundance of forest communities along the succession. Integrating methods of field measurements, biological statistics and computer simulations, the objectives of this proposal are to reveal the detail processes that how environmental factors affect subtropical secondary successional forests, and the precise mechanisms in determining subtropical forest community assembly so as to provide guidelines for the vegetation restoration of degraded forest ecosystems.

近年来通过研究植物功能性状以解释群落构建机制取得了重要进展，但是它存在以下缺陷：1）大部分工作都基于简单易测的性状（比叶面积，高度等）。这些性状只是植物生理过程的近似，不能直接反映植物对环境变化的响应和适应，因此限制了其对群落构建的准确预测；2）忽略了环境因子对功能性状的影响，实际上环境因素能直接导致功能性状的差异。因此探究能直接反映植物对环境变化响应和适应的重要生理性状、环境因子和物种多度的关系有助于全面解析群落构建机制。本项目选取地处南亚热带的鼎湖山国家自然保护区不同演替阶段的森林群落为研究对象，结合野外试验、生物统计和计算机模拟的方法，综合分析植物水分传导和光合作用相关的重要生理性状、环境因子（土壤养分和水分状况）和物种多度之间的关系，以期揭示环境因子影响南亚热带不同演替阶段森林群落构建的具体过程, 阐明南亚热带不同演替阶段森林群落的构建机制，为退化森林生态系统植被恢复提供重要参考。

近年来通过研究植物功能性状以解释群落构建机制取得了重要进展，但是它存在以下缺陷：1）大部分工作都基于简单易测的性状（比叶面积，高度等）。这些性状只是植物生理过程的近似，不能直接反映植物对环境变化的响应和适应，因此限制了其对群落构建的准确预测；2）忽略了环境因子对功能性状的影响，实际上环境因素能直接导致功能性状的差异。因此探究能直接反映植物对环境变化响应和适应的重要生理性状、环境因子和物种多度的关系有助于全面解析群落构建机制。本项目选取地处南亚热带的鼎湖山国家自然保护区不同演替阶段的森林和蕨类群落为研究对象，结合野外试验、生物统计和计算机模拟的方法，综合分析植物水分传导和光合作用相关的重要生理性状、环境因子（土壤养分和水分状况）和物种多度之间的关系，以期揭示环境因子影响南亚热带不同演替阶段森林群落构建的具体过程。本研究发现：（1）演替早期（松林）和中期（混交林）森林优势种具有高的光合速率，而演替晚期（季风林）森林优势种具有较低的光合速率；（2）演替早期（松林）森林优势种具有低的叶片磷含量，而演替中期（混交林）和晚期（季风林）森林优势种具有较低的叶片磷含量，但是三个演替森林群落物种的叶片氮含量与多度没有关系；（3）从演替早期到晚期，群落水平植物最大光合速率(PR)和叶片磷含量显著降低，而群落水平叶片氮含量、叶片鹏压丧失点和叶片失水50%的水势并没有发生显著性变化；（4）演替早期（松林）和中期（混交林），植物最大光合速率和叶片磷含量呈现显著趋同趋势，而演替晚期（季风林）植物最大光合速率和叶片磷含量呈现显著趋异趋势。基于以上结果，本研究认为光照强度和土壤磷含量导致的生境过滤和种间竞争主导了南亚热带森林演替过程，进一步证明了生态位机制而不是中性理论主导了南亚热带森林演替过程本研究阐明了南亚热带不同演替阶段森林群落的构建机制，为退化森林生态系统植被恢复提供重要参考。