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南亚热带森林演替植物优势种和土壤微生物相互作用研究

吴瑾  彭少麟  
【摘要】:[研究背景]演替是群落动态的重要特征,什么控制了群落演替的进程,以及我们应该如何利用这些机制进行生态恢复,是现在生态学现在所面临的主要挑战之一。现在人们逐渐意识到除了生态系统的可见成分,如植物之间的相互作用,以及植物与物理环境(光、水)的相互作用以外,不可见成分如土壤微生物也在演替进程中发挥重大作用。但是在这些研究中,土壤微生物仍是作为"黑箱"来研究其作用。并且,此方面的研究在森林演替中至今鲜有报道。[研究方法/主要结果]本研究以南亚热带地带性植被的代表性群落鼎湖森林山群落演替系列中的演替早期马尾松林、演替中期混交林以及演替晚期季风林为研究样地,选取不同演替阶段的优势种(马尾松Pinus massoniana、荷木Schima superba、锥栗Castanopsischinensis、黄果厚壳桂Cryptocarya concinna以及厚壳桂Cryptocarya chinensis)为研究对象,将微生物生态学研究方法与植物群落演替生态学的研究方法相结合进行了野外调查实验和室内控制实验,系统探讨了演替进程中土壤微生物与不同演替阶段优势物种的相互作用,验证它们是否互相促进了各自演替的进程。主要研究结果如下:(1)森林演替中,植物优势种与土壤微生物群落结构和功能密切相关。森林演替不同阶段代表群落的植被调查和土壤调查的结果表明,地上植物群落特征以及地下土壤微生物群落特征都随着森林演替的进程而显著变化。但是在演替进程中,植物群落多样性和植物功能群与土壤微生物群落特征并不显著相关。对土壤微生物群落结构和功能有显著影响的是植物优势种的重要值。这意味着森林演替很可能是通过植物优势种和土壤微生物的相互作用来推动。(2)森林演替中,土壤微生物促进了植物优势种的更替。通过三个实验分别研究了各演替阶段总的土壤微生物、土壤菌根真菌以及土壤病原菌对各演替阶段优势种的影响。研究发现:(1)演替中晚期的总的土壤微生物致使演替早期物种马尾松生长竞争优势递减,中晚期物种生长竞争优势增强,从而促进了早期物种马尾松在演替中期的衰退以及演替晚期的消亡,而中晚期物种逐渐入侵、成为优势种。(2)早期土壤菌根真菌的正效应是早期马尾松能够成为演替早期优势种的重要原因,但到了演替中期,这种菌根真菌带来的正效应转移到了中晚期物种上。(3)晚期土壤中病原菌的对马尾松的特有负效应是导致早期物种马尾松在晚期消亡的主要原因之一。因此结果表明,森林演替中,土壤微生物促进了植物优势种的更替,这是土壤菌根真菌的正效应和土壤病原菌的负效应综合作用的结果。(3)森林演替进程中,植物优势种促进了土壤微生物群落的动态变化。通过探讨不同演替阶段植物优势种对土壤微生物的作用发现,植物优势种对土壤微生物有显著影响,并且不同演替阶段的植物优势种对土壤微生物的影响是不同的,演替早期物种与土壤微生物结构显著负相关,演替中晚期物种与土壤微生物群落结构显著正相关。这意味着植物优势种很可能是森林演替进程中土壤微生物群落动态变化的驱动力。[结论/意义]本研究表明,土壤微生物促进了植物优势种更替,从而推动了地上植被演替;同时,不同演替阶段植物优势种也通过其对土壤微生物的不同效应,促进地下土壤微生物沿着森林演替的动态变化。森林演替中,地上、地下这两条动态变化的主线,同时进行,互相促进。这将进一步丰富生态学的群落动态理论,并为南亚热带森林群落的管理和生态系统的恢复提供理论实践指导和科学依据。

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