科研进展 | 本刊编委方精云院士团队揭示菌根优势度对中国森林树种丰富度、生物量及二者关系的影响

学术   2024-12-31 16:47   北京  

大多数陆地植物都与菌根真菌形成共生关系,而这对维持植物多样性和生态系统功能(如植物生产力/生物量)具有重要作用。丛枝菌根(AM)和外生菌根(EcM)是森林生态系统中分布最广泛的两种菌根类型,它们通过介导不同的植物-土壤反馈机制来调节群落中植物物种的共存。植物土壤反馈实验表明,EcM树种通常表现出正反馈作用,因此EcM树种形成的群落植物多样性一般较低;而AM树种通常表现出负反馈作用,即有利于多物种共存。单一菌根主导的自然森林群落常符合这种机制,即EcM占优势森林多样性低于AM森林。然而,在温带和亚热带地区,树种多样性高的群落通常是上述两种菌根树种共存的群落,单一菌根类型假说不能有效解释这种现象。此外,菌根共生关系也影响着生物量的积累。AM主要为植物吸收无机养分,同时消耗植物10%–20%的光合产物;EcM可为植物供应有机养分,但消耗更多光合产物。然而,二者混合对树种多样性和生物量的积累,特别是对多样性与生物量之间的关系产生何种影响仍不清楚。


基于在我国温带和亚热带天然林调查的1247个样方数据进行相关研究。每个样方面积为600 m2,测量了样方内胸径(DBH≥3 cm树木的高度和胸径,记录物种名。每种树木的菌根类型通过全球植物菌根数据库(FungalRoot Database)确定。利用经纬度获取了样方所在位置的气候因子(年均温MAT和年降水量MAP)和土壤变量(土壤有机碳SOC、总氮TN、总磷TP和黏土含量)数据。使用树木生物量方程计算了每个样方的生物量。利用回归分析判断菌根优势度与树种丰富度和森林生物量之间的关系符合线性关系还是二次关系,基于因子重要性排序判断菌根优势度相对其他因子的重要性,使用结构方程模型(SEM)探索了气候、土壤和菌根优势对树种丰富度、森林生物量及其关系的影响途径。


研究结果显示,相比线性关系,二次关系能够更好地解释AM优势度与树种丰富度和生物量的关系。树种丰富度和生物量随着AM优势度的增加而增加,达到峰值(AM优势度分别为51.7%45.3%)后开始下降。这表明,与单一菌根占主导的森林相比,混合菌根策略的森林支持更高的树种丰富度和更大的生物量。此外,菌根优势度介导了树种丰富度对森林生物量的影响。与AM优势度较高的森林(>50%)相比,树种丰富度对森林生物量的正效应在AM优势度较低(≤50%)的森林中更强,表明随着AM优势度升高,多样性效应由互补效应向功能冗余转变。而且,菌根优势度通过提升多样性增促进生物量积累,但这种效应依赖于气候和土壤条件。这些发现对于理解生物多样性-生态系统功能关系和指导未来的生态恢复项目(如造林和森林管理)具有重要意义。通过设计近似混合的AMEcM树种策略,可能有助于在生态恢复项目中实现更高的物种丰富度和生物量积累,从而增加生态系统服务并增强森林碳吸收以缓解气候变化。


                                              

1 样方分布与样方中两种菌根优势度相关性


2 AM优势度与森林树种丰富度和生物量的关系


3 AM优势度与其他因子对森林树种丰富度和生物量影响的相对重要性



4 AM优势度与其他因子对森林树种丰富度和生物量的潜在影响途径



5 AM优势度对森林树种丰富度和生物量及其关系影响的示意图

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以上研究以“Mycorrhizal dominance influences tree species richness and richness–biomass relationship in China’s forests”为题发表在Ecology上(https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ecy.4501)。本刊特邀顾问北京大学方精云院士为通信作者,云南大学马素辉、中国科学院植物研究所陈国平、云南大学蔡琼为论文共同第一作者,北京大学吉成均副教授、朱彪研究员、唐志尧教授,北卡罗来纳州立大学胡水金教授为共同作者。该研究得到了国家自然科学基金(31988102和32101331)和云南省重点研发计划项目(202303AC100009)等项目资金的支持。







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