泥炭沼泽草本植物表型可塑性与竞争能力关系研究

This project will be conducted in greenhouse and outdoor with herbaceous plants of peatland under different conditions of light (low and high) and fertility (low and high) treatments, to explore the responses of phenotypic plasticity of plant traits (morphological, allocation and physiological) to different competition patterns (aboveground, blowground and full competition). The relationships between phenotypic plasticity and competitive effect ability as well as competitive response ability will be both discussed by focus-target method. The specific response of phenotypic plasticity – competitive ability (PP - CA) relationship to aboveground competition and belowground competition will be detected separately, and the consistence of their relationships under different competition pattern and environments will be further compared. The morphological, allocation and physiological mechanisms of PP - CA relationship will be explored based on Structural Equation Modeling and other multivariate statistical analysis. This project will help further understand the effect of plant phenotypic plasticity to interspecific relationship and the regulating mechanism of plant traits to interspecific relationship, improve the mechanism research of plant interspecific competition. Furthermore, this project will also help to illustrate and predict the direct and/or indirect influences of plant phenotypic plasticity on community assembly and ecosystem function, to understand the rapid evolution of species and discover the evolutionary importance of phenotypic plasticity.

本项目拟设置多项温室和室外控制实验，在不同光照（高光和低光）和营养（高营养和低营养）水平条件下，研究泥炭沼泽草本植物的表型可塑性（形态、分配和生理性状）对不同竞争模式（地上、地下和全竞争）的响应规律；创新性地探索各性状的可塑性变化与竞争影响力和竞争响应力（目标-邻株法）关系的异同性；测量植物的表型可塑性与竞争力的关系是否对地上和地下竞争模式存在特异性响应特征，并分析两者关系对不同环境的响应规律是否一致；以多元统计分析和结构方程模型综合分析表型可塑性影响植物竞争能力的形态、分配和生理作用机制。该项目的研究工作将有助于深入认识表型可塑性对植物种间竞争关系的影响以及植物性状-种间关系的调节机制，丰富植物种间竞争的机理研究。并对阐明和预测植物表型可塑性变化对群落构建和生态系统功能造成的直接和/或间接影响，以及理解物种的快速进化和揭示表型可塑性的进化意义具有积极的推动作用。

在植物生态学领域，表型可塑性已被普遍认为是植物适应变化环境的有效方式，一方面反映了物种和种群在不同生态背景下的响应行为，另一方面通过可塑性变化以调节种间关系。植物群落中充满了由表型可塑性引起的性状-种间关系调节作用。揭示表型可塑性对种间竞争关系的影响，尤其是表型可塑性与植物竞争能力的关系，将有助于深入认识竞争机理、群落的构建过程和动态变化等。本项目以植物表型可塑性-竞争能力关系为问题核心，研究了植物表型可塑性与两种竞争能力（影响力和响应力）的关系是否相同、双方关系在竞争不同资源时（地上资源和地下资源）是否一致、以及双方关系是否对不同光照和土壤养分水平产生相同响应。研究结果发现植物的表型可塑性与其竞争响应力关系密切而与竞争影响力关系相对薄弱，即植物的表型可塑性变化可能是为了抵御竞争压力，而不是为了抑制对方生长。此外，在竞争地上或地下资源时，植物的表型可塑性与竞争影响力的关系表现基本一致，而与竞争响应力的关系在高养分条件下表现不同。因此，以植物功能性状及其可塑性变化为途径揭示种间关系、植物竞争过程及竞争机理时，有必要区别植物的竞争响应力和影响力。该研究有助于明晰植物的表型可塑性是否对两种竞争能力产生相同或不同的影响、以及在竞争地上或地下资源时双方关系的异同性变化规律。项目的研究结果为深入认识竞争条件下的植物生长策略、植物性状-种间关系的调节机制开辟了可靠的探索思路和途径。