负密度制约在维持亚热带森林不同演替阶段植物多样性中的重要性

Negative density dependence (NDD), which is one of the most important maintaining mechanisms of species biodiversity, has gained considerable support from field data and laboratory experiments. However, due to the lack of long-term studies, it is still undetermined whether the effect of NDD changes along community development and further has the footprint on community assembly and biodiversity maintenance. Adopting spatial sequence instead of time sequence method, quantifying the intensity and variance of NDD among different successional stages will facilitate our understanding on the role that NDD plays along community dynamics. In this study, take Schima superba and Lithocarpus glaber as research objects, we will analyze the role of NDD in plant community development by the detection of NDD along successional series in subtropical forests. Soil fungi diversity around focal trees via high-throughput sequencing, the influence of light condition altered along succession on NDD, and the variation of NDD and biotic/abiotic factors that contribute to the variation will be monitored. To a certain extent, this study will answer the question of NDD effect on community assembly and diversity along forest community succession, advance our understanding of succession mechanism at individual-population-community level, and provide a scientific basis on forest protection and management.

负密度制约作为解释生物多样性维持机制的重要假说已得到大量的野外和实验室数据支持。但由于长期研究的缺乏，负密度制约是否随群落发展而变化，影响群落构建和生物多样性维持难以直接检验。借助处于不同演替阶段的群落，以空间代替时间的方法，研究同种母树周围负密度制约在不同演替阶段的差异，可以窥探其在群落动态发展中的作用。本研究旨在以木荷（Schima superba）和石栎（Lithocarpus glaber）两个在亚热带森林的常见种为对象，检验不同演替阶段负密度制约的强度和差异，并通过母树周围土壤中真菌的高通量测序分析和温室内模拟随演替变化的光照强度对负密度制约的影响分析，以期揭示负密度制约在群落发展中的作用和潜在影响因子。本研究不仅可以一定程度上回答负密度制约在群落构建和生物多样性维持上的长期作用这一问题，而且可以从个体-种群-群落水平深化对演替机制的理解，为森林植被保护、管理等提供科学依据。

土壤病原菌导致的负密度制约作为解释生物多样性维持的机制已得到大量的野外和实验室数据支持。但由于长期研究的缺乏，土壤微生物导致的负密度制约是否随群落发展而变化，影响群落构建和生物多样性维持难以直接检验。本研究借助处于不同演替阶段的群落，以空间代替时间的方法，检验了典型的亚热带树种木荷(Schima superba)周围，土壤微生物导致的幼苗更新在不同演替阶段的变化，以窥探土壤微生物导致的负密度制约在群落动态发展中的作用。杀菌实验证实，排除真菌病原菌后，演替早期土壤中的幼苗存活显著增加，但是中期和后期并没有表现出显著的杀菌效应。高通量测序检验土壤中真菌和真菌的功能类群，木荷根际土壤中真菌的群落结构、真菌病原菌、丛枝和外生菌根真菌的比例在不同演替阶段具有显著差异，但是死亡幼苗的真菌病原菌、丛枝和外生菌根真菌在不同演替阶段没有差异；相比远离木荷母树土壤中的真菌群落，母树根际土壤具有更高的病原菌和更低的外生菌根真菌含量；另外，根际土壤和远离母树土壤中的幼苗死亡差异和土壤病原菌含量差异正相关，与外生菌根真菌含量差异负相关。这些结果说明母树根际累积的病原菌天敌可能是演替早期维持生物多样性的重要因素，其与远离母树土壤中真菌病原菌和外生菌根真菌的差异可能驱动了物种在不同演替阶段的更新动态，是影响群落发展和构建的重要生物因素。