海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站
新闻公告
尖峰岭站解释了热带雨林不同类群豆科树木邻体生产力和多样性正负关系的形成机制
作者: 尖峰岭站 更新时间: 2018-08-03

      热带雨林中的固氮豆科树木是否有利于提高邻体多样性?由于农业生态系统中固氮豆科植物在维持生态系统高生产力方面发挥着重要的作用,但固氮豆科树木对于森林多样性的影响还存在很大的不确定性。

      在热带天然林里,不同豆科树木的氮需求和生物固氮能力存在很大差异。尖峰岭生态站采用叶片的氮同位素组成来区分中国海南尖峰岭热带山地雨林中一块60公顷大样地内7种豆科树木的生物固氮能力,并分析它们的空间分布特征和邻体多样性。

      本研究用2个假说来解释了豆科树木沿土壤氮空间分布格局及其对邻体多样性的影响。假说1:简称为固氮策略分化假说,该假说认为豆科树木根据土壤氮含量调节其固氮活力,主要有2种方式:强制性固氮和兼性固氮。强制性固氮豆科树木在高氮土壤环境不具优势,因而会随土壤氮浓度增加表现出负关联;但在低氮土壤环境有竞争优势。相反,兼性固氮豆科树木在高氮土壤环境生长较好并表现出较低的固氮活力。根据施肥效应,当豆科树木固氮活力较高时,会强化了地下竞争,从而降低邻体多样性。假说2:简称为资源需求分化假说,该假说认为低氮容忍性的豆科树木生长在低氮生境并表现为较低的固氮活力,而高氮需求的豆科树木生长在高土壤氮生境并表现出较高的固氮活力。具有较高固氮能力的物种通过土壤微生物等共同作用,利用不同的养分资源,从而促进资源互补利用,并有利于物种共存和提高邻体多样性。

      研究结果显示豆科树木的生物固氮能力与其土壤有效氮的空间分布关系显著相关。分布在高土壤有效氮生境的豆科树木表现出更高的生物固氮能力和更高的非豆科树木邻体多样性。

      这些发现说明了豆科树木通过选择偏好生境和调整生物固氮代谢活动来满足其自身对氮的需求。豆科树木的高生物固氮代谢活动提高了互补资源利用而非强化地上部竞争过程,驱动了豆科树木的邻体多样性的提高。这可能与豆科树木有利于改善植株周围的养分环境,以及提高了其根际菌根菌和其它微生物多样性有关。这种较丰富的固氮豆科树木偏好分布在高土壤氮生境也给热带森林如何维持高土壤氮水平提供了一个解释来源,这在森林生态系统中的复杂程度要远高于农作物生态系统,也是森林植被恢复重建过程中必须关注的重要技术关键。

      论文的第一作者为尖峰岭站的许涵博士(Dr. &Prof. Han Xu),文章“Do N‐fixing legumes promote neighbouring diversity in the tropics?”发表在Journal of Ecology上(DOI: 10.1111/1365-2745.13017)


 


 



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