土壤磷限制条件下热带雨林稀有物种与邻体共存策略

Rare species contribute greatly to tropical rain forest diversity, but little is known of how habitat adaptation and competitive processes affect their distribution. Under conditions of phosphorus limitation, previous studies have shown that rare species competition with conspecific and heterospecific neighbors leads to differentiation in functional traits and growth response that drives the spatial distribution patterns of species. It remains unknown however, whether high soil phosphorus is also beneficial to the growth and coexistence of rare species. This project seeks to answer this and other important questions on how the main soil nutrient factors influence species abundances. We will explore how variation in soil phosphorus availability affects competition with con- and heterospecific neighbors for species of different abundances. To answer these questions we will use a 60 ha stem-mapped forest plot, 164 satellite plots and 12 phosphorus additive experimental plots. We will use field investigations, sampling and control experiments to examine different aspects of the relationship. This project will increase our knowledge of multiple species coexistence and maintenance mechanisms that promote the recovery and maintenance of biodiversity in degraded tropical rain forests.

稀有物种的存在大大提高了热带雨林的多样性，它们如何适应生境筛选，在不同生境下与同种和异种邻体相互竞争，导致稀有现象的产生，是理解物种如何适应生境和气候变化、及构建多样化热带森林群落的关键。以往研究表明，稀有物种在受土壤磷供给限制——通过与同种和异种邻体相互竞争——形成生长和功能性状适应性特征——产生不同稀有程度物种的空间分布特征。本项目将基于海南尖峰岭已经建立好的60 ha大样地为主，164个公里网格卫星样地和12个磷施肥控制试验样地为辅，通过一系列野外调查、采样分析和控制试验，探索海南热带森林中土壤磷是否是稀有物种生长的主要限制因子；并揭示不同土壤磷养分条件下，不同稀有程度物种与异种邻体、同种邻体的竞争策略；回答是否高土壤磷有利于稀有物种的生长及与同种邻体共存，并提高了与异种邻体的竞争能力？以期为深入阐明热带天然林多物种共存和维持机制，促进退化热带天然林生物多样性恢复和维持提供科学依据。

稀有物种的存在大大提高了热带雨林的多样性，它们如何适应生境筛选，在不同生境下与同种和异种邻体相互竞争，导致稀有现象的产生，是理解物种如何适应生境和气候变化、及构建多样化热带森林群落的关键。本项目通过对60ha森林动态监测大样地和164个公里网格监测样地植被、土壤养分和地形数据挖掘基础上，测定植物的功能性状信息，采用树木生长环监测树木的生长变化，并对大样地内870个幼苗小样方进行动态监测。项目以具有不同多度物种和群落中的关键类群的邻体多样性为着眼点进行研究，主要研究结果发现：在全球尺度上，豆科树木的邻体多样性受土壤氮水平和自身氮需求共同调节、揭秘了豆科植物与其邻居的相互关系。通过幼苗生长动态监测，证实了群落补偿效应假说，即稀有种具有相对生存优势，热带森林植物通过调节不同稀有程度幼苗的死亡率，从而影响群落水平树木的多度。还发现负密度制约效应在热带山地雨林普遍存在，大样地内89%的物种均表现出负密度制约效应，且该效应随空间尺度的增加和物种多度的增大逐渐减少；非生物因素（土壤含水量、土壤速效氮含量和土壤全钾含量）及生物因素（叶片干物质含量、物种的潜在最大高度和物种多度）均能够对负密度制约强度起到限制作用。对功能性状的研究还表明热带山地雨林原始林中，并没有能够完全支配空间格局的关键种的存在；促进作用对于邻体多样性的维持起到非常重要的作用；在热带山地雨林原始林中，跟资源获取型策略的树种相比，保守型策略的物种往往有着较高的邻体多样性。通过这些研究，阐明了热带山地雨林中稀有和常见物种、豆科植物在受土壤养分等影响条件下，如何通过主动的养分竞争过程选择邻体，实现与异种邻体及同种邻体的长期共存。这些结论可为深入阐明热带天然林多物种共存和维持机制，促进退化热带天然林生物多样性恢复和维持提供更多科学依据。