混交林不同年龄阶段地下根系生态位的竞争与分化

Tree species mixtures are generally believed not only to increase biodiversity but also enhance ecosystem functioning by niche partitioning and complementary resource exploitation. This has been proved to be true in grassland ecosystems that productivity increased with species diversity based on aboveground growth characteristics in many manipulated biodiversity experiments. A debate, howvever, has followed regarding the underlying mechanism (complementarity and sampling effect) and time effect. Here the aim of this study is to characterize the underground niche separation and competition in mixed subtropical forests at different ages by comparing the fine-root biomass and prodution, spatial distribution and temporal growth dynamics in Camphor-Pinus mixed forest with corresponding monocultures using sequential coring method and root growth chamber method. This research will be carried out in Hunan botanical garden to test the following hypotheses: (1) the fine-root proliferation rate and extension are different in mixed forest from that in monocultures (aggregation or disgregation); (2) overall level of soil exploitation is higher in mixed stand compared to the coresponding monocultures, and this positive effect increases with prolonged stand age; (3) belowground fine-root competitive ability of co-occuring species changes with stand age, which is in accordance with the aboveground stand structure and succession. This project could provide valuable theoretical information for maintaining species diversity and sustainable management in subtropical mixed forest.

混交林不仅能提高森林生物多样性，改善林地质量，而且由于对资源的互补利用提高林地生产力，但主要集中在对地上部分静态的研究。本项目采用连续根钻法和根生长培养室法测定不同年龄阶段马尾松与樟树混交林与其相应的纯林地下根系生物量、空间分布格局和根系生长的季节动态变化，从不同树种对土壤养分和水分的互补利用角度，评价混交林中生物多样性与生态系统功能的关系及其时间效应，进而验证3个假设：（1）各树种根系分布范围、产量及组份分配在纯林随年龄增大与地上部分生长呈现同比例增长，但在混交林中，受临近树种的影响产生聚集或分散生长模式；（2）混交林中各树种细根分布及季节生长表现一定的分化而导致生态系统地下根系"超产"，并随林分年龄的的增大"超产"效应增强；（3）混交林中各树种地下根系竞争地位与地上优势树种更替具有一致性。此课题的主要目的是探求不同年龄混交林地下关系的动态变化机制，为亚热带混交林可持续经营提供理论依据。

混交林不仅能提高森林生物多样性，改善林地质量，而且通过对资源的互补利用提高林地生产力，但目前主要集中在对地上部分和地下部分某一时段的静态研究。本项目旨在探求马尾松-樟树混交林中各树种细根生物量和生产力的 “超产”效应，且这种混交效应是否会随着林分年龄的增加而增强，并探究这种混交效应存在的内在生态学机理。. 本项目研究在湖南省植物园和汩罗桃林林场，选取10年生、24年生和45年生马尾松（Pinus massoniana）和樟树（Cinnamomum camphora）混交林（发展期、稳定期、更替期）及相应各年龄阶段马尾松和樟树纯林，采用土壤钻法挖取细根测定生物量和根系生长培养箱测定细根生产量，并分析土壤的有机碳和氮含量、土壤微生物碳氮及土壤微生物功能多样性，分析不同年龄阶段混交效应。. 结果表明，细根生物量在混交林中都表现出一定程度的“超产”效应，即混交林的细根生物量比各年龄阶段相应的纯林高，但这种混交效应并没有随着林龄的增加而增强。我们的分析结果显示，细根生物量混交林的“超产”效应与细根的生物量大小呈现出高度的一致性，如细根的“超产”效应在10年生林分表现最强，而且此时的细根生物量也最高；此外，细根的垂直分布主要集中在土壤表层（0-10 cm），而“超产”的效果在表土层（0-10 cm）表现最为明显。为了寻求细根“超产”的地下生态学机理，对微生物碳氮的实验研究结果表明，土壤有机碳、氮及微生物碳氮含量在混交林中均比相应的纯林高，且这种混交积极效应随着年龄的增加而增强，10年、24年和45年生的混交林比相应纯林的微生物碳量分别增加15.5%、38.4%和38.4%。表征土壤微生物活性和土壤有机碳利用效率的微生物碳与土壤有机碳的比值随着年龄的增加而减少，但随着土层深度的增加而增加。此外，本项目采用根箱法进行了细根生长实验，可能与在埋入根箱过程中对根系的干扰，细根生长速度缓慢，一个生长季节过后 ，挖出的细根生长量过少，现还埋在样地未进行处理，需要再等一个生长季节。本项目现有结果表明，马尾松-樟树混交林的“超产”效应并没有随着林分年龄的增加而增大，而是与林地地上林分结构相关，不同树种间的互补效应随着林分竞争程度的增加而增加。此外，混交林在维持生物多样性和土壤肥力以及林业的可持续经营方面发挥着积极作用。