徐智超特别研究助理揭示功能性状调节温带森林幼苗存活对气象因素的响应

作者：长白山站  更新时间：2023-12-21

   幼苗阶段是森林植物生活史最脆弱的时期，揭示幼苗动态及其影响因素对于理解森林发展规律、预测未来森林结构与组成具有重要意义。负密度制约效应（由于资源竞争、有害生物侵害(如病原微生物、食草动物捕食)，同种个体之间发生的相互损害行为）是驱动幼苗动态和种群数量的关键生物进程，对维持森林生物多样性具有重要作用。一般认为，由资源竞争（如土壤水分、养分）引起的资源生态位分化弱于邻域生物关系等导致的负密度制约效应。然而，年际气象差异（如温度、降水）作为资源生态位分化的重要部分，由于调查时间短、数据有限等原因而长期受到忽视，导致对资源生态位分化作用的低估，限制我们对森林幼苗动态及生物多样性维持机制的理解。此外，物种自身属性也显著影响幼苗动态及其对外界生物与非生物的响应，但是以往研究多关注物种的分类属性（如菌根类型、耐荫性），探讨物种连续属性（如功能性状）对幼苗动态影响的研究仍然较为匮乏。 

   鉴于此，长白山站天然林生态研究团队，利用长白山温带森林大样地（面积25 ha）连续>15年的幼苗监测数据，结合样地大树、土壤和地形、功能性状以及温度和降水等年际气象数据，采用广义线性混合及分层贝叶斯模型等分析年际气象差异和负密度制约效应等对温带森林幼苗存活的影响，进而揭示功能性状在其中的调控作用。结果表明，在群落尺度上年际气象差异的作用强于负密度制约效应，表现出年际气象差异对幼苗存活的主导作用。而且，年际气象差异能显著调节密度制约效应的作用。例如，生长季紫外辐射和非生长季平均温度加剧同种负密度制约效应，而生长季有效积温和非生长季降雪缓解同种负密度制约效应。此外，功能性状不仅能够直接影响幼苗存活（采取资源获取型策略的物种有着更高的存活能力），而且还能介导气象因素和负密度制约效应的作用。采取资源保守策略的幼苗有着更强的抗旱和抗寒能力，例如，比根长和比叶面积较小且叶干物质含量较高的幼苗在干旱条件下有着更高的存活率；而较大的叶面积则进一步加剧了极低温环境对存活的抑制作用。叶干物质含量较高的幼苗受到的异种负密度制约效应作用较弱，而比根长较大的幼苗受到的异种负密度制约效应作用更强，表明资源保守型物种在幼苗阶段可能具有更强的种间竞争能力。我们的研究揭示了年际气象差异对温带森林幼苗存活具有主导效应，强调了考虑年际气象差异对于预测温带森林动态的重要性，阐明了功能性状在其中发挥的关键直接和间接作用，不仅加深了对温带森林物种共存和生物多样性维持机制的理解，也为预测该区未来森林动态变化提供了科学依据。 

　　以上研究成果分别以“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 ”为题发表在Ecology（2022）和Fundamental Research（2023）杂志上。天然林生态组特别研究助理徐智超博士为文章第一作者，王绪高研究员为通讯作者。系列研究得到了国家自然科学基金和科技部重点研发项目等资助。 

功能性状对幼苗存活的直接和间接（介导负密度制约效应和年际气象差异）作用