结合功能性状和系统发育探究南亚热带森林在不同时空尺度上的群落构建机制

Taking the advantages of plant functional trait diversity and phylogenetic diversity to investigate community assembly mechanism, significant progresses have been achieved in recent years. However the following questions remain to be explored: i) the combined effects of phylogeny, environmental filtering and biotic interactions on community assembly; ii) the influences of physiological and phenological traits on community assembly; iii) the relative contributions of environmental filtering、biotic interactions and dispersal limitation to community assembly; and iv) the effects of time and spatial scales on community assembly. The study site of this proposal, Dinghushan National Nature Reserve in the subtropics of southern China, has an entire secondary succession sere and a 20 ha mega forest plot and is therefore very pertinent for testing community assembly across time (different successional forest communities) and spatial (different sampling scales in the 20ha mega forest plot) scales. The proposed research will be focused on combining multiple functional traits (morphological, physiological and phenological traits) and recently developed functional-phylogenetic diversity which comprehensively consider the combined effects of environmental filtering, biotic interactions and phylogeny on community assembly. Integrating methods of field measurements, biological statistics and computer simulations, the objectives of this proposal are to reveal precise mechanisms in determining community assembly of low subtropical forest communities across spatial and time scales, so as to provide important scientific basis for low forest diversity maintaining mechanisms and species coexist, the vegetation restoration of degraded forest ecosystems and strategies which describe how low subtropical forest community response to climate change and human activity.

近年来通过研究植物功能性状多样性和系统发育多样性以解释群落构建机制取得了重要进展，但是仍存在以下需要研究的问题：(1)系统发育、环境过滤和种间相互作用对群落构建的共同影响；（2）生理和物候性状对群落构建的影响；（3）环境过滤、种间相互作用和扩散限制对群落构建的相对贡献率；（4）时间和空间尺度对群落构建的影响。基于此，本项目选取南亚热带不同演替阶段的森林(时间尺度)和20公顷森林大样地不同抽样尺度（空间尺度）为研究对象；结合多种功能性状（形态学、生理和物候性状）和最新提出的综合考虑系统发育、环境过滤和种间相互作用对群落构建的共同影响的功能系统发育多样性，采用野外试验、生物统计和计算机模拟的方法，全面解析南亚热带森林群落在不同时空尺度的构建机制，为深入了解南亚热带森林多样性的维持机制及物种共存、退化森林生态系统植被恢复和南亚热带森林群落应对气候变化和人类活动的响应策略提供科学依据。

近年来通过研究植物功能性状多样性和系统发育多样性以解释群落构建机制取得了重要进展，但是仍存在以下需要研究的问题：(1)系统发育、环境过滤和种间相互作用对群落构建的共同影响；（2）生理和物候性状对群落构建的影响；（3）环境过滤、种间相互作用和扩散限制对群落构建的相对贡献率；（4）时间和空间尺度对群落构建的影响。基于此，本项目选取南亚热带不同演替阶段的森林(时间尺度)和20公顷森林大样地不同抽样尺度（空间尺度）为研究对象；结合多种功能性状（形态学、生理和物候性状）和最新提出的综合考虑系统发育、环境过滤和种间相互作用对群落构建的共同影响的功能系统发育多样性，采用野外试验、生物统计和计算机模拟的方法，全面解析南亚热带森林群落在不同时空尺度的构建机制，为深入了解南亚热带森林多样性的维持机制及物种共存、退化森林生态系统植被恢复和南亚热带森林群落应对气候变化和人类活动的响应策略提供科学依据。本研究发现（1）生境过滤主导了小尺度（1600平方米以内）的群落构建，而扩散限制主导了大尺度（大于1600平方米）的群落构建；（2）由于小尺度的功能冗余，基于功能性状组成而不是基于物种组成，生境过滤主导了小尺度的南亚热带森林群落构建机制。在大尺度由于没有功能冗余，无论是基于物种组成还是功能性状组成扩散限制主导了大尺度南亚热带森林群落构建机制。（3）南亚热带森林演替过程中逐步降低的光照强度和土壤磷含量导致的生境过滤和基于生态位的物种间竞争主导了南亚热带森林演替过程中的群落构建从而导致了光合作用，叶片磷元素，叶片导水率气孔导度和木材密度这些性状功能多样性的显著变化。然而水分不是南亚热带森林演替过程中群落构建的决定因素。因此本项目顺利并清楚的解析了南亚热带森林不同时空尺度的群落构建机制。