亚热带次生林群落地下结构特征及关键驱动因素研究

Community characteristics are fundamental to understanding of community assembly, community dynamics and ecosystem functions in forest. Progress has been made for the community structure of aboveground compartment, such as species composition, density, frequency, dominance, and spatial distribution. However, the underpinning mechanisms of community structure of belowground compartment in forests, the relationship between above- and belowground communities are still unclear. In this study, we will use DNA method to accurately identify tree species of fine-roots in three subtropical secondary forests at different restoration stages. To investigate the horizontal distribution pattern (clumped, random and regular) and vertical distribution pattern (aggregation and segregation) of fine-roots, and to examine the correlation between below- and aboveground structure of forest community, tree species, quantitative characteristics (e.g. richness, frequency and dominance), biomass and functional traits will be determined. The hypotheses of carbon supply and balance (i.e. size and biomass of aboveground conspecific trees, pathogenic fungal species and abundance), nutrient acquisition and utilization (i.e. soil nutrient heterogeneity, mycorrhizal types and colonization) will be used to reveal the mechanisms driving the belowground structure of forest communities. Our results could provide valuable scientific basis for biodiversity conservation and improving the functions of subtropical forest ecosystems.

研究森林群落结构特征对于深入了解群落构建、群落动态和生态系统功能具有非常重要的意义。目前，对森林群落地上树种组成、数量特征、空间分布及其调控机理已较为清晰。但森林群落的地下结构特征如何？与地上群落结构存在怎样的关系？其调控的机理是什么？这些问题仍不清晰。本项目利用DNA方法识别细根的树种归属，研究亚热带3种不同恢复阶段次生林群落地下细根的树种组成、数量特征（丰富度、频度、优势度）、生物量和功能性状特征，分析树种细根的水平（聚集、随机和均匀）和垂直（聚集和分离）空间分布格局，明确森林群落地下与地上结构的相关性。从“碳供应与平衡”（地上树种大小及生物量，病原菌种类及含量）、“养分获取与利用”（土壤养分及变化、菌根种类及侵染率）两个方面来揭示不同恢复阶段森林群落地下结构的驱动机理。研究结果为亚热带森林生物多样性的保护和生态系统功能的提升提供重要的科学依据。

研究森林群落结构特征对于深入了解群落构建、群落动态和生态系统功能具有非常重要的意义。目前，对森林群落地上树种组成、数量特征、空间分布及其调控机理已较为清晰。但森林群落的地下结构特征及其调控机理尚不清晰。本项目利用DNA方法识别细根的树种归属，研究了亚热带3种不同恢复阶段次生林群落地下细根的树种组成、数量特征（丰富度、频度、优势度）、生物量和功能性状特征，明晰了亚热带森林树种多样性对细根生物量的调控机制，解析了选择效应（树种因素）和互补效应（空间分布、养分利用）对地下产量的作用，揭示了树种多样性与细根功能性状对土壤微生物群落特征的影响机制，为亚热带森林生物多样性的保护和生态系统功能的提升提供了重要的科学依据。. 研究结果表明：(1) 研究树种都倾向于在营养丰富的地区生长，对称生长可以解释地上树种多样性与细根生物量之间的正相关关系；(2) 细根年生产力和分布方式依赖于地上物种丰富度、林分密度和土壤磷的交互作用；(3) 物种丰富度是细根生物量的最佳预测指标，物种丰富度对根生物量的预测能力随林分密度而变化；(4) 比根长的功能分散指数和细根直径的群落加权平均值是决定细菌和真菌群落丰富度和组成的主要细根属性；(5) 落叶林土壤真菌群落主要受树种多样性及其凋落物量影响，而优势树种的宿主效应主导常绿林土壤真菌群落变化；(6) 细根的功能性状变异受物种进化的潜在影响。. 主要成果包括：① 确定了地下细根生物量的估算方法；② 明晰地下超产机理，地下超产受到多样性、林分密度、土壤养分和微生物的共同作用；③ 阐明了树种多样性、细根功能性状和非生物土壤因子对土壤微生物群落的影响机制；④ 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，已发表8篇高质量SCI论文和2篇中文核心期刊论文，培养博士后1名，博士生3名，硕士生12名。