温带森林谱系和功能多样性与群落生产力的关系-以长白山阔叶红松林为例

The relationship between biodiversity and ecosystem productivity has aroused considerable interest and controversy in recent ecological literature. This project will be carried out based on existing forest research networks, which standing for three important succession stages of broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest. Based on plot censuses data, DNA brocading and species functional trait data, we will use structural equation models to explore the predictive power of different dimensions of biodiversity(i.e. species richness, phylogenetic diversity, and functional diversity) on community productivity. Synthesizing the effect of quadrat size and succession stage, we will study how scales influence the diversity-productivity relationship. We believe that accomplishment of this project will enhance our understanding of the mechanism underlying the formation and maintenance of forest community production. In practice, this project could also provide valuable reference sources for forest biodiversity conservation and ecosystem management.

生物多样性与生产力关系及其内在机制是当今生态学的热点议题之一。本项目拟以长白山已建立的阔叶红松林三个不同演替阶段森林固定监测样地为平台，在群落调查的基础上，结合DNA条形码和植物功能性状数据，利用结构等式模型分析多样性格局与生产力的关系，量化物种丰富度、谱系多样性和功能多样性对多样性-生产力关系的影响程度。通过不同取样尺度和不同演替阶段的综合分析，揭示时空尺度对多样性-生产力关系的影响，旨在阐明森林生产力的形成与维持机制，并验证生物多样性与生态系统功能关系的相关假说，以期为森林生物多样性保护和生态系统管理提供依据。

随着全球性的物种灭绝速度的加快, 生物多样性与生态系统功能的关系已成为当前人类社会面临的一个重大科学问题。在过去10多年间，由于多数研究多采用控制实验方法，实验大多局限于相对较小的空间（<100m2） 和时间（1~10年）尺度内，其研究结果很难真实地体现更大时空尺度上的自然生态系统中生物多样性与生态系统功能的关系。本项目以长白山区已建立的阔叶红松林三个不同演替阶段森林固定监测样地为平台，在项目执行期间，测定了树种的最大树高、木材密度、比叶面积、叶面积和比根长等5种重要功能性状，通过比较群落实际功能多样性与随机产生的零模型，揭示了不同性状反映了植物对不同的资源（如光、土壤）的竞争方式，一定程度上解释了群落中物种共存的非随机性成因（如生境过滤等），提示我们在后续研究中基于各个性状独立的分析能够更好地反映群落内不同的物种对资源利用方式的差异；分别在2014和2015年对阔叶红松林、杨桦次生林和枫桦老龄林进行复查，测量5万余棵状生长量、存活等信息，估算群落生产力，阐明了不同生境类型，径级大小和样方大小对森林碳库和生产力的影响，发现长白山阔叶红松林地上生物量平均值为265.4Mg ha-1, 树木在所有的生境中都表现出了明显的增长趋势，年均增长量为1.36Mg ha-1 .该研究结果可为长白山地区森林结构和动态提供有益参考。生物多样性如何影响着生态系统生产力及其多样性效应如何随演替阶段变化，还存在很大的争议。结果显示几乎所有的多样性指数都与群落生产力呈显著正相关关系，谱系多样性对群落生产力的预测力更好，但是我们研究不支持物种丰富度的预测力最弱这一观点；由于性状之间权衡作用的关系，综合考虑物种丰富度、谱系多样性和基于单个性状（而非性状的综合）的功能多样性能够最大程度地解释生产力变异，并且生物多样性对群落生产力的促进作用在演替阶段后期更强。我们的研究结果证实，随着群落的演替，温带天然林中不同的多样性指数对生态系统功能的影响亦发生变化，说明生物多样性与生态系统功能的关系是一个动态的过程，考虑真实生态系统中多因果关系。