热带季节雨林小尺度微生境异质性的时空变化及其对林下幼苗分布与更新的影响

The mechanism for species co-exist in tropical rainforest has been considered as one of most fundamental and challenging questions in ecology. The niche hypothesis believe that environmental heterogeneity would be the major driver for the species co-exist, and climatic factors, soil types and topography all have been proved to provide contribution to environmental heterogeneity. However, environmental heterogeneity alone could not provide full explanation to the species diversity per area. The fine-scale microhabitat heterogeneity and its spatial and temporal dynamics, which is strongly shaped by both above- and below-ground ecological processes, might provide significant contribution to species co-exist while study on that is largely neglected. In this study, by using the 20-ha plot in tropical seasonal rainforest in Xishuangbanna, high-density soil sampling, both spatially and temporally, and the observation for seedlings in the plot will be conducted and with the aim to answer the following questions: 1)How about the spatial-temporal dynamics of fine-scale micro-habitat heterogeneity? 2) How does the sampling density affect the illustration of environmental heterogeneity? 3) How does the tree canopy distribution and soil fauna abundance affect the micro-habitat heterogeneity? and, 4) How does the seedling recruitment response to the dynamics of the micro-habitat heterogeneity? This study holds strong significances of improving our understanding for species co-exist in tropical rainforest.

热带森林生物多样性的维持机制被认为是生态学最为重要和具有挑战性的科学命题之一。生态位假说认为，环境异质性是维持生物多样性共存的重要机制，气候因子、土壤类型、地形因子驱动的环境异质性对生物多样性的贡献已经被多处研究所证实，然而，仍不能对单位面积物种多样性提供充分的解释。受地上、地下生物过程强烈影响的小尺度微生境异质性时空变化对物种共存的影响程度尚不清楚。本研究将以西双版纳热带季节性雨林20公顷样地为研究地点，通过时空高密度的土壤样本采集和幼苗生长的观察，试图揭示：1）微生境异质性的时空变化动态，2）空间采样精度对揭示生境异质性格局的影响，3）冠层树木分布、土壤动物等因素对林下环境异质性的影响，4）林下幼苗对微生境异质性时空变化的响应。本研究对揭示热带森林生物多样性共存机制具有重要的理论意义。

生物多样性的维持机制被认为是生态学最为重要和最具挑战性的科学命题之一。环境异质性被认为是实现物种共存的外在因素，对于物种共存有至关重要的意义。环境异质性普遍存在于各个尺度，而前人的研究主要集中在局域及其以上的尺度，关于生态位过程在小尺度的作用机制研究较少，关于小尺度环境异质性格局、形成机制以及对物种共存的影响，仍不十分清楚。.本研究在中国西南地区云南西双版纳热带雨林动态监测样地进行。在样地内选取了1 ha进行高密度的土壤采样（361/ha，平均间距5 m）并分析了土壤pH值、总氮、铵态氮、硝态氮、有效磷、有效钾和水分的含量。在361个样点基础上，以10 m的间距，选取了99个动态样点并对其养分季节波动、凋落物输入动态和幼苗动态进行了观测。分析了各环境因子对幼苗多样性结构、生长、虫害及死亡的影响，以及主要优势种幼苗对各环境因子异质性的响应差异。此外，本研究用计算机模拟与野外采样相结合的方法探讨了小尺度土壤异质性研究中的样本量问题。.通过本研究，得到了高分辨率的小尺度土壤养分异质性格局系列图谱，并了解了其季节变化特征。研究表明，采样密度显著决定了异质性格局图谱的质量。在研究样地，发现热带雨林内成年大树通过凋落物等形式显著地影响土壤养分的小尺度空间分布。这种生物驱动的小尺度土壤养分异质性显著影响了林下幼树及幼苗的空间分布格局。在线虫群落中，植食性线虫空间分布也受小尺度养分异质性的强烈影响，而食细菌、食真菌、肉食性及杂食性线虫受小尺度养分异质性的影响较弱。.本研究首次较深入的探讨了热带森林内小尺度土壤养分异质性的分布格局、形成机制及其对生物多样性的维持的意义。发现并阐明了小尺度土壤养分异质性的生物驱动机制，并发现生物自我维持的异质性反过来又能促进幼苗及其它动物群落的生态位分化，亦即生物多样性的维持。建议继续深入小尺度土壤异质性与生物多样性相互关系的研究。