生态位差异在亚热带森林群落物种共存和生物多样性维持方面的作用研究

Contemporary coexistence theory proposes that niche differences and fitness differences among species jointly determine the outcome of species interactions. Niche differences promote species coexistence, and fitness differences lead to competitive exclusion. Niche differences are more ecologically crucial with respect to coexistence. Meanwhile, many studies demonstrated that the community-level clustering/overdispersion of functional traits/phylogeny could infer the mechanisms underlying species coexistence and biodiversity maintenance. However, the quantitative connections between niche differences and functional traits/phylogenies have not yet been well established, which hinders the assessment of the relative importance of niche processes and neutral processes in shaping community structure. In the present proposal, we will firstly construct the resource utilization curves of species in a 50 ha permanent forest plot (Heishiding) in Fengkai County, Guangdong province. We will quantify niche differences through these curves. Secondly, we will measure functional traits of leaves and the phylogenetic relatedness among species. Lastly, combining computer simulations and field data, we will explore the relationships between niche differences and differences in functional traits and phylogenetic distance. These patterns will inform us the importance of competition in the maintenance of biodiversity, and further manifest the magnitude of neutrality of this subtropical forest community. The results from this study will help the protection and restoration of the subtropical forests, and facilitate the further exploration of ecosystem functioning and services.

当代共存理论框架提出物种共存是由生态位差异和适合度差异所共同决定的。生态位差异有利于物种共存，而适合度差异则导致竞争排除。可见，生态位差异具有更为重要的生态学意义。同时，大量研究通过植物功能性状分布和谱系格局定性推断物种共存和多样性维持机制。然而，物种间生态位差异与性状/谱系格局之间定量的联系还未建立起来，致使针对生态位过程和中性过程相对重要性的评价缺乏数量基础。本项目依托广东省封开县黑石顶50公顷亚热带森林大样地，通过资源利用曲线来量化物种间的生态位差异；同时，测量物种的叶片功能性状和物种间的谱系距离。据此，结合理论模型与实验数据，探讨物种间生态位差异与性状差异和谱系距离之间的关系，阐释竞争在亚热带森林群落生物多样性维持方面的作用，进而判断群落是接近还是远离中性模式。研究结果将为深入研究亚热带森林物种共存和生物多样性保育以及生态系统功能与服务提供依据。

本项目以亚热带森林群落为研究对象，探讨物种间的生态位差异对物种共存和多样性维持方面的作用。取得两个方面的主要结果。一是发现竞争很大程度上影响着亚热带森林物种多样性维持和物种空间分布。基于黑石顶50公顷森林大样地，系统收集了遍布样地内的土壤样品和样地内植物物种的功能性状（地上和地下根系部分），并测量了林下光环境。揭示了物种的生态位宽度与物种分布之间的关系，探讨了通过土壤营养元素所量化的物种生态位宽度与通过植物功能性状所量化的生态位宽度之间的联系。通过点格局分析方法分析不同生活史阶段下物种的空间分布，揭示了物种生活史阶段在群落构建中的重要性，并指出群落构建机制在不同生活史阶段下可能存在的改变，即生境过滤过程和非生境过滤过程（如竞争）的相对重要性会随着植物生活史阶段的不同而不同。同时，相比于其他4个指标，发现“低光多度”（low-light abundance index）这个指标最能代表和体现树木物种的耐荫性。这些工作为如何量化森林大样地水平上的物种生态位提供了借鉴，也为种内性状变异对物种共存和多样性维持的作用提供了新的认识视角。二是揭示了气候对植物群落和森林生态系统生产力的直接与间接影响。气候如温度和降水既可以通过影响光合作用和呼吸作用等对植物产生直接的影响，也可以通过生物间的相互作用产生间接的影响。研究结果发现物种间的生态位差异一定程度上可以预测气候因子对群落的间接影响，尤其是当物种间生态位差异很大的时候。同时，发现气候同时直接和间接影响着全球森林生态系统生产力，且直接影响要强于间接影响。.完成如下3套数据集的收集：（a）50公顷森林样地土壤元素空间分布数据集，（b）50公顷森林样地根系空间分布及功能性状数据集（包括地上和地下根系性状），（c）50公顷森林样地物种亲缘关系数据集。