基于物种根系竞争的南亚热带森林群落构建机制

Understanding the mechanisms of plant community assembly is one of the fundamental aims in community ecology. The processes of community assembly can be regulated by many factors, and competition is one of the most important factors in controlling community assembly. Many studies related to competition were based on the common assumption that competition was driven by trait similarity and relatedness closeness of co-occurring species, which led to functional and phylogenetical divergence. However, some studies also found inconsistent results. They suggested that competition was driven by hierarchy of traits, which may result in functional convergence of co-occurring species. Overall, the knowledge is limited on what drives competition, and how competition controls the community structure. In this study, we attempt to investigate the relationships between root trait distances and phylogeny distances and competition intensity across environmental gradients for subtropical tree species at Heishiding 50 ha forest dynamics plot, using field (130 species) and greenhouse (4 species) experiments, which can explain what factors drive the competition, and how they respond to the environmental change. Our study can provide essential evidences on how competition regulates community assembly.

植物群落的构建机制长期以来都是生态学研究的热点问题之一。影响群落构建的因素有多种，竞争是其中最重要的生态学过程之一。通常探讨竞争如何影响群落构建都基于这样的假设，即物种之间的竞争是由性状相似和谱系相近驱动的，竞争导致共存物种的性状和谱系结构趋异。但是，部分研究的结果与这一理论相悖，认为竞争是由性状相异所驱动，竞争也可能导致性状和谱系趋同。然而，这两种假设都尚未得到充分验证。本研究以广东省黑石顶南亚热带常绿阔叶林50 ha样地为研究对象，通过野外实验（130个物种）和温室控制实验（4个物种）的手段，结合环境梯度研究物种之间根系性状距离和谱系距离与竞争强度的关系，从而揭示物种之间根系竞争作用的驱动因素，以及驱动因素在不同环境下如何变化，为研究竞争作用如何影响群落构建提供重要证据。

热带森林的群落动态和物种共存机制一直以来都是群落生态学研究的核心问题。植物功能性状研究的兴起为解决群落生态学的众多科学问题提供了一条有效的途径。研究表明，功能性状能与物种之间的竞争关系、资源利用效率、环境适应性等具有密切的关系，从而能影群落的动态（生长、存活等）和物种的共存。目前的研究关注的是植物叶片和茎等地上部分的性状，根系作为植物主要的吸收水分和养分的器官，其性状必然对群落动态和物种共存产生重要的影响，但目前的研究尚未揭示其机制。本研究通过测量和分析广东黑石顶保护区成树（132个物种）和幼苗（61个物种）的地上部分和根系性状、环境因子和谱系关系等探讨其如何影响物种的资源竞争策略、适合度和环境适应性等，从而揭示地上部分和根系性状如何影响物种共存。研究发现：（1）考虑物种的谱系关系后，地上部分和根系的策略具有很强的协同性（coordinated），即一个物种的地上部分和根系性状同时支持该物种为资源获取型策略或资源保守型策略，支持植物经济型谱（plant economics spectrum）理论。（2）物种的根系性状与植物的死亡具有较强的相关性，且地上部分和根系性状对于死亡的影响具有一致性，即不同器官的性状同时支持该物种具有较高或较低的死亡率；但考虑幼苗的年龄之后，性状和死亡概率的关系随着年龄而变化。（3）植物的地上部分和根系性状对于土壤养分（有效态N、P和K）的适应具有一致性，即地上部分和根系性状同时支持其生长于较高或较低的某一土壤养分中，但同一策略的物种并非倾向于生长在所有养分都较高或较低的土壤。本研究发现植物的地上部分和根系性状具有协同性，为植物经济型谱理论提供了证据，揭示了性状影响物种策略、群落动态和物种共存的机制。