附生植物种间相互作用及其生理生化基础——基于哀牢山山地湿性常绿阔叶林

The biotic interactions are essential for a predictive understanding of population dynamics, community assembly, biodiversity formation and maintaining, and predicting how ecosystem responses to environmental changes. Epiphytes are one of the most diverse and vulnerable components of montane forest ecosystem, but we know little about the rules of interspecific interaction, species coexistence, and the process of biodiversity maintaining of epiphytes in forest canopies. According to the facts of more stressful conditions in canopies than understories and pervasive clonal growth of epiphytes, in this project, both field and laboratory experiments will be conducted to clarify how species coexist with the interactions between non-vascular and vascular epiphytes, and among species of vascular clonal epiphytes in montane moist forests in Ailao Mountains. Then we try to discover the physiological and biochemical bases of these interactions related with resource integration of clonal epiphytes and allelopathic effects of epiphytic ferns. By using the canopy crane system, the field experiments with in situ treatments are species removal and addition experiment, and isotope labeling experiment, while the laboratory experiment is about the effects of allelochemicals. Simple models will be used to test coexistence possibilities and dynamics. The information generated from this project will provide scientific basis for understanding species coexistence, community assembly, biodiversity formation and maintaining of epiphytes, as well as protection and management of biodiversity and biological resources in a changing world.

生物与生物相互作用是理解种群动态、群落构建、生物多样性形成与维持机制的核心，也是预测生态系统如何响应环境变化的关键。山地森林中附生植物多样性极高且及其脆弱，但我们对附生植物群落的物种共存、群落构建与生物多样性维持机制知之甚少。本项目基于林冠环境的胁迫性高和附生植物普遍具有的克隆性的事实，研究哀牢山湿性常绿阔叶林中附生植物种间相互作用及其生理生化基础，利用林冠塔吊系统开展原位处理实验：物种剔除与添加、同位素原位标记，以及室内化感物质影响实验，结合模型模拟共存的可能性与动态变化，明确附生植物群落中非维管植物与维管植物、维管植物之间如何相互作用而实现共存，并从克隆植物资源富集作用与植物的化感作用来阐明这种相互作用的物质基础，探讨山地森林林冠附生植物物种共存、群落构建、生物多样性形成与维持机制，为在全球变化背景下为山地森林资源的保护与管理提供科学依据。

生物间相互作用的研究可以加深对群落集合的可预测性和生态系统对环境变化的响应的理解。自然群落的相互作用既有消极相互作用（即竞争），也有积极的相互作用（即促进）。竞争是最受关注的相互作用形式，但可能导致物种灭绝和多样性丧失，并可能对生态系统的稳定性产生负面影响。而在极其严酷的环境中，依靠彼此之间积极的相互作用可以维持其高的多样性和生态系统的稳定性，然而，对植物之间的相互作用及其对植物的克隆性的影响机制知之甚少。. 森林树冠代表了地球上90%的陆地生物量与大气之间的功能界面。地球上90%的陆地生物量和大气之间的功能界面，包括一些最受威胁的陆地生态系统。它们容纳了40-50%的陆地生物多样性，而附生植物是森林树冠的一个关键组成部分，在森林中发挥着重要作用。在克隆植物中，零散分布的可用资源可以通过生理整合在植物间实现共享的功能，在其他资源贫乏的地块上，加强了植物的生存和生长。虽然有许多关于通过克隆整合的特异性内部促进作用的研究，但是对于克隆整合和特异性之间的促进作用相关研究较少。. 在前期研究基础上，本项目通过野外原位实验，结合邻里清除和根茎切断处理，对多种主要维管束植物和切断根茎的实地处理实验。探讨了维管束植物和根茎植物之间的净相互作用以及维管束植物和非维管束植物之间的净相互作用，并阐述这种净相互作用是消极的还是积极的，进一步探讨生理整合水平是否也会改变它们与生理上独立非维管束邻居维管植物之间的相互作用，最后探讨克隆整合的增加对临近物种的影响及其作用机理。. 本项目研究结果不仅有助于人们全面了解附生群落中非维管植物能否/如何促进维管植物的存活与生长，附生维管植物种间的直接与间接相互作用及其如何维持共存，还将有助于人们综合认识克隆生理整合导致的资源富集与再分配和化感作用是否是种间相互作用的基础。