我組揭示功能性狀調(diào)節(jié)溫帶森林幼苗存活對氣象因素的響應(yīng)
幼苗階段是森林植物生活史最脆弱的時(shí)期,揭示幼苗動(dòng)態(tài)及其影響因素對于理解森林發(fā)展規(guī)律、預(yù)測未來森林結(jié)構(gòu)與組成具有重要意義。負(fù)密度制約效應(yīng)(由于資源競爭、有害生物侵害(如病原微生物、食草動(dòng)物捕食),同種個(gè)體之間發(fā)生的相互損害行為)是驅(qū)動(dòng)幼苗動(dòng)態(tài)和種群數(shù)量的關(guān)鍵生物進(jìn)程,對維持森林生物多樣性具有重要作用。一般認(rèn)為,由資源競爭(如土壤水分、養(yǎng)分)引起的資源生態(tài)位分化弱于鄰域生物關(guān)系等導(dǎo)致的負(fù)密度制約效應(yīng)。然而,年際氣象差異(如溫度、降水)作為資源生態(tài)位分化的重要部分,由于調(diào)查時(shí)間短、數(shù)據(jù)有限等原因而長期受到忽視,導(dǎo)致對資源生態(tài)位分化作用的低估,限制我們對森林幼苗動(dòng)態(tài)及生物多樣性維持機(jī)制的理解。此外,物種自身屬性也顯著影響幼苗動(dòng)態(tài)及其對外界生物與非生物的響應(yīng),但是以往研究多關(guān)注物種的分類屬性(如菌根類型、耐蔭性),探討物種連續(xù)屬性(如功能性狀)對幼苗動(dòng)態(tài)影響的研究仍然較為匱乏。
鑒于此,我們利用長白山溫帶森林大樣地(面積25 ha)連續(xù)>15年的幼苗監(jiān)測數(shù)據(jù),結(jié)合樣地大樹、土壤和地形、功能性狀以及溫度和降水等年際氣象數(shù)據(jù),采用廣義線性混合及分層貝葉斯模型等分析年際氣象差異和負(fù)密度制約效應(yīng)等對溫帶森林幼苗存活的影響,進(jìn)而揭示功能性狀在其中的調(diào)控作用。結(jié)果表明,在群落尺度上年際氣象差異的作用強(qiáng)于負(fù)密度制約效應(yīng),表現(xiàn)出年際氣象差異對幼苗存活的主導(dǎo)作用。而且,年際氣象差異能顯著調(diào)節(jié)密度制約效應(yīng)的作用。例如,生長季紫外輻射和非生長季平均溫度加劇同種負(fù)密度制約效應(yīng),而生長季有效積溫和非生長季降雪緩解同種負(fù)密度制約效應(yīng)。此外,功能性狀不僅能夠直接影響幼苗存活(采取資源獲取型策略的物種有著更高的存活能力),而且還能介導(dǎo)氣象因素和負(fù)密度制約效應(yīng)的作用。采取資源保守策略的幼苗有著更強(qiáng)的抗旱和抗寒能力,例如,比根長和比葉面積較小且葉干物質(zhì)含量較高的幼苗在干旱條件下有著更高的存活率;而較大的葉面積則進(jìn)一步加劇了極低溫環(huán)境對存活的抑制作用。葉干物質(zhì)含量較高的幼苗受到的異種負(fù)密度制約效應(yīng)作用較弱,而比根長較大的幼苗受到的異種負(fù)密度制約效應(yīng)作用更強(qiáng),表明資源保守型物種在幼苗階段可能具有更強(qiáng)的種間競爭能力。我們的研究揭示了年際氣象差異對溫帶森林幼苗存活具有主導(dǎo)效應(yīng),強(qiáng)調(diào)了考慮年際氣象差異對于預(yù)測溫帶森林動(dòng)態(tài)的重要性,闡明了功能性狀在其中發(fā)揮的關(guān)鍵直接和間接作用,不僅加深了對溫帶森林物種共存和生物多樣性維持機(jī)制的理解,也為預(yù)測該區(qū)未來森林動(dòng)態(tài)變化提供了科學(xué)依據(jù)。
以上研究成果分別以“Interannual climate variability has predominant effects on seedling survival in a temperate forest ”和“Functional traits mediate seedling survival response to climate in a temperate forest ”為題發(fā)表在Ecology(2022)和Fundamental Research(2023)雜志上。我組特別研究助理徐智超為文章第一作者,王緒高研究員為通訊作者。系列研究得到了國家自然科學(xué)基金和科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等資助。
文章鏈接1:https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ecy.3643
文章鏈接2:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266732582300359X

圖1 功能性狀對幼苗存活的直接和間接(介導(dǎo)負(fù)密度制約效應(yīng)和年際氣象差異)作用
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