植物间正相互作用对种群动态和群落结构的影响: 基于个体模型的研究进展

张炜平1, 潘莎1, 贾昕2, 储诚进3, 肖洒3, 林玥4,5,6, 白燕远7, 王根轩1*

1浙江大学生命科学学院生态研究所, 杭州 310058;
2北京林业大学水土保持学院水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室, 北京 100083;
3兰州大学生命科学学院草地农业生态系统国家重点实验室, 兰州 730000;
4Institute of Forest Growth and Computer Science, Dresden University of Technology, 01735 Tharandt, Germany;
5Helmholtz Centre for Environmental Research, Department of Ecological Modelling, 04318 Leipzig, Germany;
6German Centre for Integrative Biodiversity Research, 04103 Leipzig, Germany;
7广西中医药大学瑶医药学院, 南宁 530001

摘要：
植物间的相互作用对种群动态和群落结构有着重要的影响。大量的野外实验已经揭示了正相互作用(互利)在群落中的普遍存在及其重要性。为了弥补野外实验方法的不足, 模型方法被越来越多地应用于正相互作用及其生态学效应的研究中。该文基于个体模型研究, 探讨了植物间正相互作用对种群动态和群落结构的影响。介绍了植物间正相互作用的定义和发生机制、植物间相互作用与环境梯度的关系。正相互作用是指发生在相邻的植物个体之间, 至少对其中一个个体有益的相互作用。植物通过直接(生境改善或资源富集)或间接(协同防御等)作用使局部环境有利于邻体而发生正相互作用。胁迫梯度假说认为互利的强度或重要性随着环境胁迫度的增加而增加, 但是越来越多的经验研究认为胁迫梯度假说需要改进。以网格模型和影响域模型为例, 介绍了基于个体的植物间相互作用模型方法。基于个体模型, 对近年来国内外正相互作用对种群时间动态(如生物量-密度关系)、空间分布格局和群落结构(如群落生物量-物种丰富度关系)影响的研究进行了总结。指出未来的研究应集中在对正相互作用概念和机制的理解, 新的模型, 新的种群、群落, 甚至生态系统问题, 以及在全球变化背景下进行相关的研究。

关键词：
生物多样性, 生物量-密度关系, 互利, 基于网格的模型, 植物群落, 空间格局, 胁迫梯度, 影响域模型

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目前，植物正相互作用模型的研究在国内处于领先，但是几乎发表的是英文文章，容易造成墙里开花墙外香的结果。这篇综述能扩大这方面工作在国内的影响。

作者名单里基本上包含了国内研究正相互作用模型研究的几个主要研究者，以下是文章作者所发表及本综述所引用的部分论文清单：

1. Zhang WP(张炜平), Jia X, Damgaard C, Morris EC, Bai YY, Pan S, Wang GX (王根轩) (2013). The interplay between above- and below-ground interactions along an environmental gradient: insights from two-layer zone-of-influence models. Oikos, doi: 10.1111/j.1600-0706.2012.20877.x.
2. Jia X(贾昕), Dai XF, Shen ZX, Zhang JY, Wang GX (王根轩) (2011). Facilitation can maintain clustered spatial pattern of plant populations during density‐dependent mortality: insights from a zone‐of‐influence model. Oikos, 120, 472-480.
3. Chu CJ (储诚进), Maestre FT, Xiao S, Weiner J, Wang YS, Duan ZH, Wang G (2008). Balance between facilitation and resource competition determines biomass-density relationships in plant populations. Ecology Letters, 11, 1189-1197.
4. Chu CJ (储诚进), Weiner J, Maestre FT, Xiao S, Wang YS, Li Q, Yuan JL, Zhao LQ, Ren ZW, Wang G (2009). Positive interactions can increase size inequality in plant populations. Journal of Ecology, 97, 1401-1407.
5. Chu CJ (储诚进), Weiner J, Maestre F, Wang Y, Morris C, Xiao S, Yuan J, Du G, Wang G (2010). Effects of positive interactions, size symmetry of competition and abiotic stress on self-thinning in simulated plant populations. Annals of Botany, 106, 647-652.
6. Xiao S(肖洒), Michalet R, Wang G, Chen SY (2009). The interplay between species' positive and negative interactions shapes the community biomass-species richness relationship. Oikos, 118, 1343-1348.
7. Lin Y(林玥), Berger U, Grimm V, Ji QR (2012). Differences between symmetric and asymmetric facilitation matter: exploring the interplay between modes of positive and negative plant interactions. Journal of Ecology, doi: 10.1111/j.1365-2745.2012.02019.x.