亚热带树种根系觅养生态位分异及产量动态规律

沿杉木人工林、马尾松-石栎针阔叶混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈-石栎常绿阔叶林4个不同植物多样性梯度，选择马尾松、杉木、枫香、南酸枣、青冈与石栎6个树种，采用挖掘收获法测定树木根系生物量及分布范围，根钻法和生长芯法测定林分细根生物量和生产力，建立根系拓展幅度、生物量及组份分配与树干大小之间的相对生长关系，研究各树种细根空间分布和构型特征，比较不同森林类型细根生物量季节动态和生产力差异，从树种细根觅养生态位分异角度分析产生差异的原因，进而验证3个假设：（1）各树种根系产量及组份分配存在尺度演绎的一致性；（2）各树种细根觅养生态位表现一定的分异规律；（3）植物多样性增加引起觅养生态位分异来规避竞争，导致生态系统根系"超产"。研究目的是揭示亚热带树种个体根系产量尺度演绎的生物学规律、生物多样性维持与生态系统功能关系，为我国亚热带地区森林可持续经营和生物多样性保护提供理论依据。

生物多样性与生态系统功能之间的关系是国际生态学研究前沿科学问题之一。我国亚热带地区水热条件优越，森林生物多样性丰富，汇聚一起的各树种地下根系如何相互作用，地下生态位发生怎样变化，这些变化对生产力等生态功能产生怎样的影响，回答这些问题对揭示亚热带森林生物多样性维持机理和生态功能驱动机制具有重要的科学意义。.本项目按照亚热带森林恢复过程，选择马尾松针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎青冈常绿阔叶林，以杉木林为对照，用连续根钻和生长芯法测定细根生物量，研究森林细根生物量和生产力动态特征及其对植物多样性的响应。设置演替早期树种（马尾松）与后期树种（石栎）、两个演替后期树种（石栎、青冈）构成的树木丛，研究不同树种细根构型差异、生态位特征及其对混交林细根生物量的影响。采集11个树种（杉木、马尾松、白栎、柳杉、红淡比、豹皮樟、南酸枣、枫香、青冈、檵木和山矾）的细根和叶片，提取DNA，对trnL片段进行扩增，探索识别细根树种归属和预测树种组成比例的方法。采用挖掘法和最长侧根取样，测定8个树种（马尾松、枫香、拟赤杨、南酸枣、青冈、石栎、木荷和豹皮樟）根系生物量，计算挖掘过程中根系生物量的损失系数，建立根系生物量估算的相对生长方程。.结果表明：（1）随着森林恢复过程中植物多样性增加，细根生物量和生产力均呈增加趋势，生物量从杉木林的305.20 g•m–2增加到石栎青冈林的579.33 g•m–2，生产力从杉木林的87-114 g•m-2a-1增加到石栎青冈林的211-240 g•m-2a-1，验证了地下细根“超产”假设。（2）与对应树种纯林相比，马尾松石栎混交林的细根生物量显著增加，石栎青冈混交林的细根生物量与纯林差异不显著，不同树种表现出构型差异和垂直分布的生态位分离现象。（3）确定出11个树种细根trnL片段的差异位点，预测的细根组成比和实际之间的相关系数r2为0.63-0.82，建立了亚热带树种细根识别的方法。（4）各树种根系生物量与胸径之间相对生长方程的相关系数r2为0.71-0.97，拟合方程可用来估算亚热带森林地下根系生物量。.已完成申请书中确定的“亚热带森林细根生物量与生物多样性关系”、“树种细根构型、空间分异及其对产量的影响”、“亚热带树种根系扩展幅度和生物量相对生长方程建立”等3个研究内容，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。