植物间的相互作用和种群密度调节是生态学研究的核心内容之一。植物间相互作用是种群密度调节发生的主要因素,而种群密度调节又是植物间相互作用的重要体现。以往大部分的植物间相互作用和种群密度调节的研究仅仅使用地上部分来指代整个植物体,而忽略了对植物不同的组分(例如：地上和地下部分)的区分以及它们之间的交互效应。为了得到环境梯度驱动的通过地上地下相互作用介导的密度调节指数变化规律及其机制,本研究结合计算机模拟、中国森林数据搜集和野外调查等手段,系统的探讨了植物间地上地下相互作用及其对种群密度调节的影响。首先通过建立双层影响域模型来模拟植物间相互作用的不同组分及其交互效应沿环境梯度的变化规律。随后,我们又使用中国森林和灌木群落数据探索了植物不同组分的生物量-密度关系。取得如下主要结果。1.构建了双层影响域模型并应用于植物地上地下相互作用研究以往研究中的单层影响域模型没有区分根和冠的生长,因为地上和地下竞争的资源和机制在本质上不一样,因此我们将单层模型扩展到双层。我们应用双层影响域模型来模拟互利、大小不对称性竞争,非生物胁迫,资源获取和根冠平衡生长对植物间地上和地下相互作用以及它们的交互作用沿环境梯度变化的影响。在模型中没有互利的情况下,当根竞争是完全对称的时候,随着胁迫的增加,地上和总的竞争变弱,但是根竞争以及地上地下竞争的交互作用不变。相比之下,当根竞争是大小对称的时候,地上、地下、总的竞争以及地上地下竞争的交互作用都是负的,并且这些值随着胁迫的增加而增加。当把互利包含到模型中时,地上、地下、总的相互作用以及地上地下相互作用互作的净效应与没有包含互利时显著不同,很多值在高度胁迫条件下是正的。胁迫的类型(非资源或资源)对模拟的结果没有显著的影响。我们的研究为地上地下相互作用的交互作用随环境梯度的变化提供了一个可供选择的机制解释。2.地上地下竞争的不同以及最优生物量分配导致森林和灌木群落中植物不同组分生物量-密度关系的不同使用中国森林和野外调查数据,探讨了湿润地区森林和干旱地区灌木群落植物不同组分的生物量-密度关系。结果显示,经典的-3/2自疏法则和普适性的-4/3恒定指数都不能用来描述这些森林和灌木群落地上、地下和整株植物的生物量-密度关系。并且,没有一个恒定的预测值(比如：茎的预测恒定指数为-1/2或者-1/3；枝和叶的预测恒定指数为-1/2,-1/3或0)能够描述所有的森林群落样地茎、枝和叶的生物量-密度关系。进一步的,在本研究的干旱度范围内,干旱地区的地上和地下的生物量-密度关系指数要比湿润地区的大(绝对值变小),这种变化关系可以用幂函数进行拟合。大部分森林群落的地上生物量-密度关系回归线要比地下部分更陡,茎的生物量-密度关系回归线比相应的枝和叶的回归线更陡。在干旱地区的灌木群落中,地下部分的生物量-密度关系回归线要比地上部分的更陡。植物不同组分的生物量-密度关系的不同都可以用最优分配理论来解释。我们的研究为植物自疏指数随环境而变化的“不恒定”现象提供了新的驱动机制。以上结果表明：植物地上与地下部分、器官和个体间相互作用与密度调控适应环境梯度变化。进而我们可以提出环境梯度驱动的植物地上-地下相互作用介导的密度调节指数变化机制：环境梯度驱动→地上地下相互作用和交互作用变化→地上、地下密度调节指数变化→植物器官水平密度调节指数变化。