植物种间作用和病原菌负反馈对超产效应的影响研究

Plant interspecific interactions and pathogen negative feedback are two important mechanisms to explain overyielding of plant diversity. However, experimental results of the two mechanisms still exist controversy. In order to find reasons of the controversy, interspecific neighbor distribution of plants in artificial grassland is regulated to control the plant interspecific interaction effect, and simultaneously consider the effect of pathogen negative feedback. Several questions as follows are explored: ①Can the plant interspecific interactions or the pathogen negative feedback produce the overyielding alone? And can they simultaneously affect the overyielding in a plant community? ②Is there interactive effect between the two mechanisms? If the plant interspecific interactions affect overyielding mainly through complementarity effect, whether there is positive interactive effect between them? If the plant interspecific interactions affect overyielding mainly through selection effect, whether there is negative interactive effect between them? Then, experiments constructed in natural grasslands of different environmental conditions are used to test the results of artificial grasslands, and further find the regulatory factors that affect the effects of two mechanisms on overyielding. If answers of questions described above are yes, the theoretical system that explain the overyielding of plant diversity will be greatly improved, and also provide a reasonable explanation for the controversy of experimental results of two mechanisms.

植物种间作用和病原菌负反馈是目前解释植物多样性产生超产效应的两类主要机制。针对两类机制实验结果存在的争议，本研究拟以人工控制草地为研究对象，通过调控植物种间邻体关系，形成种间作用效应梯度（弱和强），同时考虑病原菌负反馈作用（存在和不存在）的影响，探讨下列问题：①植物种间作用和病原菌负反馈是否可以单独产生超产效应？在植物群落中是否可以同时对超产效应产生影响？②两者间是否存在交互作用？当种间作用机制主要是互补效应时，两者对超产效应是否产生正相互作用？当种间作用机制主要是选择效应时，两者对超产效应是否产生拮抗作用？同时，结合不同环境条件下的自然草地原位验证实验，检验人工控制实验结果是否具有普遍性，并分析影响两类作用机制发挥作用的调控因子。如果本研究取得预期结果，将会进一步完善植物多样性导致超产效应的理论体系，同时，为解决两类实验结果产生的争议提供合理的理论解释。

植物多样性对生产力等生态系统功能的作用是生态学的一个研究热点。该项目通过控制物种多样性、种间作用、病原菌等因素，研究植物多样性导致超产效应的机制。同时对植物多样性对可入侵性、抵抗力、微生物多样性的影响及植物-土壤反馈机制进行拓展研究。通过建立480个2m*2m人工样地，施加多菌灵控制病原菌作用，调控植株分布控制种间作用，引入优势物种控制互补和选择效应的相对作用。在浙江20个自然草地群落，建立400余个野外样方，进行同步野外验证实验。同时进行温室控制实验构建1400余个桶式样方，从植物-土壤相互作用和反馈机制解释超产效应的机理。主要结果有：（1）从种间关系的角度解释了入侵的达尔文悖论，发现种间互利时，与本土植物群落遗传进化距离越近的入侵植物越容易入侵；种间竞争时，与本土植物群落遗传进化距离越远的入侵植物越容易入侵；（2）植物多样性通过促进凋落物分解促进生产力，植物多样性对群落凋落物中氮的影响将决定凋落物的分解速率；（3）植物多样性通过资源的利用改变真菌群落结构，显著提高了真菌群落的抵抗力；（4）植物多样性中均匀度提高可以促进物种多样性的互补效应，从而促进生产力提高，并增强群落的抵抗能力；（5）环境条件变化导致多样性效应从正选择效应变化为负选择效应，从而导致物种多样性-生产力的关系从正相关转为负相关；（6）植物多样性越多将会拥有更多的冗余效应，在应对环境变化时，为生产力的维持提供了更多的保障；（7）植物多样性可以增强AMF促进氮循环功能菌的作用，促进养分循环，成为增加生产力的一个途径；（8）植物多样性增加土壤真菌多样性和真菌网络的稳定性，从而增强土壤系统的稳定性。这些研究结果为揭示植物多样性影响生态系统生产力等生态系统功能的机制提供了理论依据。