南亚热带人工林不同恢复模式下的植物群落构建和生态系统功能研究

The selection of plantation restoration modes would have different impacts on understory plant composition, community assembly, as well as on carbon and nitrogen storage. It results in difficulties to estimate and predict the restoration outcome across the whole restoration region. “Response-effect trait framework” has become one of the new focuses of researches related to functional trait. This framework centers on the potential relationship between response traits and effect traits, and provides a trait-based bridge between community assembly and ecosystem functioning by describing how species respond to environmental conditions based on traits and how the traits of species affect ecosystem functioning. The present project will use “response-effect trait framework” to explore the mechanism behind subtropical plantation restoration in South China. We plan to choose three typical subtropical plantations established in 1984 in Heshan research station to represent varied restoration modes. We will determine 12 functional traits of understory common species. Carbon and nitrogen storage will be estimated for both understory vegetation and soil. We will use structural equation modeling which integrates both factor analysis and path analysis to construct “response-effect trait framework”. The following research question will be addressed: What are the mechanisms behind community assembly and ecosystem functioning in subtropical plantations under different restoration modes? Results of the present project would provide important theory basis and management guidance for the estimation and prediction of subtropical forest restoration in South China.

人工林不同恢复模式的选择会对林下植物物种组成、群落构建和碳氮循环等过程产生不同影响，使得恢复区的整体恢复效果难以评价和预测。“响应-影响性状”框架是当前功能性状研究的新热点之一。该框架以群落水平响应性状和影响性状之间潜在关系为研究核心，以性状为纽带综合探究不同恢复模式下环境条件与群落构建、群落构建与生态系统功能之间的关系。本项目将该框架应用于南亚热带人工林的恢复机理研究。拟选取广东鹤山于1984年建立的三种典型的人工林代表不同的恢复模式，测量林下常见植物种的12个功能性状，并测定林下植被和土壤碳和氮储量作为生态系统功能指标。分析林下植物群落响应性状与影响性状之间的关系，并用结合了因素分析和路径分析的结构方程模型构建“响应-影响性状”框架，以回答如下科学问题：南亚热带人工林不同恢复模式下，植物群落构建机制和生态系统功能如何？研究成果将为评价和预测南亚热带人工林恢复提供有力理论依据和管理指导。

人工林不同恢复模式的选择会对林下植物物种组成、群落构建和碳氮循环等过程产生不同影响，使得恢复区的整体恢复效果难以评价和预测。本项目以性状为纽带综合探究不同恢复模式下环境条件与群落构建、群落构建与生态系统功能之间的关系。选取了广东鹤山站于1984年建立的三种典型的人工林代表不同的恢复模式，测量了32种林下植物种功能性状，对土壤微生物测序，并测定林下植被生物量和土壤碳和氮储量作为生态系统功能指标。主要研究结果如下：（1）阐明了不同恢复模式人工林群落构建机理，相比外来树种人工林，乡土阔叶混交林能够维持更高的林下植物功能多样性，且该林型林下植物更倾向于缓慢生长策略以保存资源。然而，细菌功能多样性对林型变化并不敏感，说明人工林恢复过程中地上和地下生物群落构建机制不一致，细菌功能多样性对林下植物功能多样性更为敏感且呈协同关系。（2）乡土阔叶混交林比外来树种人工林和乡土针叶混交林能够维持更高的林下植被生产力，林冠盖度和生态位补偿效应分别驱动乔木亚层和灌木层植被生产力，典型的生物多样性-生态系统功能关系仅发现于灌草层。此外，发现叶片干物质含量可作为既指示环境又影响林下植物生物量的响应-影响性状。（3）乡土林相比外来树种人工林并未表现出更强的土壤固碳和固氮能力，但地上和地下生物功能多样性的提升将有效促进土壤生态系统功能的提升，且土壤有机碳和总氮储量主要受地下微生物功能多样性的驱动。在未来的恢复管理中要注重提升林下植物的功能组合和优化，以维持和加强地下生物多样性，并促进地上和地下生态系统养分贮存功能。本项目的研究结果对评估和预测我国南亚热带人工林生物多样性维持和生态系统功能具有重要意义，为人工林可持续恢复管理提供了理论指导。

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