复杂胶农复合系统内植物水分和养分的竞争与共存机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31800356
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0305.群落生态学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Despite the rubber agroforestry system seems to provide a sustainable development way to ensure regional economic growth and simultaneously resolve the negative effects caused by rubber monoculture, the selection of intercropping plants and the design of intercropping patterns in the actual reconstruction and construction of rubber agroforestry system still exhibited some blindness, especially exhibited the limited understanding about the interspecific competition for belowground resources which negatively impacts the ecological and economic benefits of such intercropping system. However, our current understanding of the mechanisms that underlie plant interspecific competition for belowground resources is still limited because of the complexity of resource competition, and most of previous studies ignored the mechanisms of plant coexistence that emerge only in diverse competitive networks. Despite the potential for these mechanisms to create conditions under which the loss of one competitor triggers the loss of others, we still lack the knowledge needed to judge their importance for coexistence in competitive networks. For above reasons, this project would use stable isotope methods (D、18O、13C、15N) to investigate plant water and nutrient sources, use efficiency and their spatio-temporal variations in two-species community (rubber & tea, rubber & orange, rubber & devilpepper and rubber & fructus amomi agroforestry systems), in three-species community (rubber & tea & orange, rubber & devilpepper & fructus amomi agroforestry systems), in multi-species community (Jungle rubber), and in rubber monoculture and tropical rainforest which are designed as controls. We would like to use bayesian linear mixed models (MixSIAR) to analyse plant water (through δD and δ18O) and nutrient (through δ15N) use patterns; use exponentional piston model and dispersion model to analyse soil water residence time, transport and transformation mechanisms; use general linear model to analyse plant water use efficiency (through δ13C), drought and competition adaptation strategies; use correlation network (through carbon, nitrogen and phosphorus concentration) to analyse plant nutrient allocation and translocation, and nutrient cycling in each community. Therefore, to explore the relationship among community structure, plant water and nutrient use strategies, and the ecological hydrological environment. The ultimate purpose of this research is to explain how higher-order interactions maintain plant coexistence in competitive networks. Meanwhile, we will explore the ecological intercropping patterns which also show high production, and thus to provide scientific theoretical basis for the designment of sustainable rubber agroforestry system.
由于对植物地下界面种间关系的认识不足,人们对胶农复合系统内间作植物的选择与配置仍存在较大的盲目性,还需借鉴多物种持久共存的植物群落组成结构,并通过研究群落内植物的资源利用策略来了解竞争网络中物种共存的机制。因此,本项目采用稳定同位素(D、18O、13C、15N)等技术,以两层两种(橡胶-茶叶、橡胶-橘子、橡胶-萝芙木、橡胶-砂仁等)、三层三种(橡胶-茶叶-橘子、橡胶-萝芙木-砂仁等)、多层多种的胶农复合系统为研究对象,以纯橡胶林和热带雨林为对照,对各群落系统内植物的水分和养分利用模式、利用效率及其时空变化规律进行研究,同时分析土壤水分的驻留时间、运移和转换规律,阐明群落结构从简单到复杂变化过程中植物对水分和养分利用策略的调整过程,及其与群落生态水文环境之间的关系,揭示高阶交互作用下植物在水分和养分竞争中的共存机制,为改造大面积的纯橡胶林、构建可持续利用的生态胶园种植模式提供科学依据。

结项摘要

在橡胶种植区域推广橡胶农林复合系统有望协调区域的经济发展和生态环境保护之间的矛盾。然而,由于人们对橡胶农林复合系统内植物种间竞争机制的认识仍然有限,间作植物的选择以及植物资源竞争的管理成为了当前农林复合系统建设与推广的挑战。为了解决这些问题,本项目主要采用了稳定同位素的手段结合养分诊断的方法在西双版纳地区的多种橡胶农林复合系统内进行了植物地下资源竞争的研究。结果表明:(1)在植物群落由简单到复杂的变化过程中,土壤碳氮含量增加、矿物养分含量降低、水分驻留时间缩短、土壤含水量先增后减。其中,乔木、灌木、草本植物对土壤水分和养分的影响各不相同,有时甚至出现相反的结果。(2)植物竞争的优势和劣势总是随着环境的时空异质性而发生变化,竞争优势的逆转因此在群落的物种间形成了一个非传递性的竞争循环,从而限制了植物对地下资源的利用深度,避免了竞争排斥。且物种组成越多,植物资源利用范围越精细,种间竞争优势越小,物种共存越稳定。因此,多物种共存的橡胶复合系统是可以实现的。(3)橡胶树与草本植物的水分利用模式存在着互补的现象,可极大地减弱植物种间的水分竞争。然而,复合种植模式下橡胶树的水分利用效率并未得到显著的增强,且间作草本植物对橡胶树的氮吸收有较大的影响。因此,复合系统中应尽量避免选择需大片密集种植的草本植物。(4)种间竞争会促进植物的氮磷养分从枝条向根系转移,导致植物叶片氮磷养分供应的不足,并由此使得凋落物的初始质量随着竞争强度的增加而下降,进而减弱凋落物的养分释放并加剧土壤养分的损耗,从而深刻地影响复合系统内的养分循环过程。从植物组织的养分状态对竞争强度变化的反应来看,橡胶树根系的养分反应最为明显,可用于竞争强度的诊断。(5)将单层橡胶林转化为丛林式橡胶林后,土壤理化性质得到了较大的改善,尤其是土壤磷的周转效率。因此,构建丛林式橡胶林将是恢复由橡胶单一种植所造成的土壤退化的有效途径。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The nutrient status of plant roots reveals competition intensities in the rubber agroforestry systems
植物根系的营养状况揭示了橡胶农林复合系统中的竞争强度
  • DOI:
    10.3390/f11111163
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Forests
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Wu Junen;Zeng Huanhuan;Zhao Fan;Chen Chunfeng;Jiang Xiaojin;Zhu Xiai;Wang Pingyuan;Wu Zhixiang;Liu Wenjie
  • 通讯作者:
    Liu Wenjie
Can intercropping with the cash crop help improve the soil physico-chemical properties of rubber plantations?
与经济作物间作能否改善橡胶园土壤理化性质?
  • DOI:
    10.1016/j.geoderma.2018.08.023
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
    GEODERMA
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Chen, Chunfeng;Liu, Wenjie;Zhu, Xiai
  • 通讯作者:
    Zhu, Xiai
Intercropping the Sharp-Leaf Galangal with the Rubber Tree Exhibits Weak Belowground Competition
尖叶高良姜与橡胶树间作表现出地下竞争较弱
  • DOI:
    10.3390/f10100924
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Forests
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Wu Junen;Zeng Huanhuan;Chen Chunfeng;Liu Wenjie;Jiang Xiaojin
  • 通讯作者:
    Jiang Xiaojin
Recognizing the role of plant species composition in the modification of soil nutrients and water in rubber agroforestry systems
认识植物物种组成在橡胶农林系统土壤养分和水的改变中的作用
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2020.138042
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science of The Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Junen Wu;Huanhuan Zeng;Fan Zhao;Chunfeng Chen;Wenjie Liu;Bin Yang;Wanjun Zhang
  • 通讯作者:
    Wanjun Zhang
Decay and erosion-related transport of sulfur compounds in soils of rubber based agroforestry
橡胶农林业土壤中硫化合物的腐烂和侵蚀相关迁移
  • DOI:
    10.1016/j.jenvman.2020.111200
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Environmental Management
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Zakari Sissou;Liu Wenjie;Wu Junen;Singh Ashutosh Kumar;Jiang Xiaojin;Yang Bin;Chen Chunfeng;Zhu Xiai
  • 通讯作者:
    Zhu Xiai

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其他文献

稳定同位素在植物水分来源及利用效率策略研究中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    西南林业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴骏恩;刘文杰;朱春景
  • 通讯作者:
    朱春景
丛林式橡胶林内植物水分利用效率与叶片养分含量
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1009-7791.2019.02.005
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    亚热带植物科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾欢欢;吴骏恩;刘文杰
  • 通讯作者:
    刘文杰
西双版纳橡胶农林复合系统土壤团聚体的稳定性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    西南林业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈春峰;刘文杰;吴骏恩;刘佳庆
  • 通讯作者:
    刘佳庆
西双版纳地区橡胶复合林雨滴动能及降雨侵蚀力
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    土壤通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱春景;刘文杰;吴骏恩
  • 通讯作者:
    吴骏恩
西双版纳地区丛林式橡胶林内植物的水分利用策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生态学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾欢欢;刘文杰;吴骏恩;朱习爱
  • 通讯作者:
    朱习爱

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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