功能多样性而非分类多样性提升美国东南部杨树人工林生产力

本研究通过对比6个杨树无性系在单克隆与混合克隆样地中的生长表现，揭示了功能多样性（基于氮利用特性）比分类多样性更能显著提高人工林地上生物量产量（29%增幅）。采用Loreau和Hector的互补效应-选择效应分解方法，证实功能多样性混合体通过资源互补实现超产，而高生产力环境下该效应减弱，为人工林生物多样性管理提供了理论依据。

　　

功能多样性驱动杨树人工林生产力提升

ABSTRACT

植物间的竞争与促进作用深刻影响生态系统功能。以杨树（Populusspp.）为模型系统，研究发现功能多样性（基于氮利用效率PNUE和叶片氮含量差异）比分类多样性更能促进混合克隆林分的地上生物量积累。通过对比6个杨树无性系（分属D×D、D×M、D×T三类杂交组合）在单克隆与混合克隆样地的表现，证实功能互补是生产力提升的关键机制。

INTRODUCTION

经典胁迫梯度假说（Stress-gradient hypothesis）认为，环境胁迫增强时植物互作会从竞争转向促进。本研究创新性地将该假说延伸至种内无性系互作层面，利用杨树易于无性繁殖的特性，通过控制遗传背景分离功能与分类多样性效应。氮利用特性作为功能标记，因其与水分利用效率、比叶面积等性状协同关联，能有效反映资源利用策略的分化。

METHODS

实验在美国密西西比州4个站点展开，采用裂区设计：主区为内生菌接种处理，副区为12种克隆组合（6单克隆+3功能多样性双克隆+2分类多样性三克隆+1全混合）。通过破坏性采样建立生物量估算模型（ln(Y)=-1.6045+1.0265×ln(dbh)+0.7577×ln(ht)），采用Loreau-Hector方法分解互补效应与选择效应。

RESULTS

1. 功能多样性优势：双克隆混合样地生物量较单克隆均值显著提高29%（p=0.01），其中D×D组合S7C8/110412超产达38%。互补效应贡献率显著（p=0.007），而三克隆混合无显著差异。

2. 机制解析：功能多样性组互补效应均值达2.63（95%CI 0.900-4.362），选择效应为负值；六克隆混合则出现显著负选择效应（p=0.03）。

3. 环境调节：在最高产的Stoneville站点（地上生物量18.28 Mg ha^-1）和最低产的Sidon站点（2.97 Mg ha^-1），功能多样性效应消失，符合胁迫梯度假说的阈值效应。

DISCUSSION

研究首次在林木中证实：

• 种内功能多样性可通过资源互补提升生产力，其效应强度与分类多样性无必然关联

• 中等环境胁迫下（如Gulf Coastal Plain站点）功能互补效应最强，极端环境则突破生态位分化补偿极限

• 杨树无性系混合对传统单作的风险仅为-7%至+38%，具有显著应用潜力

CONCLUSION

该研究为人工林"设计型群落"构建提供理论框架：选择功能性状分化的无性系（如高/低PNUE组合），在中等资源条件下可实现生产力增益。未来需结合基因组学手段解析功能性状的分子基础，优化组合设计。