寇亮研究組在Nature Communications發(fā)文揭示樹(shù)種多樣性–根系分解關(guān)系的大尺度格局及菌根調(diào)控機(jī)制
植物與分解者多樣性對(duì)凋落物分解過(guò)程具有重要調(diào)控作用，并可在一定程度上緩解氣候變化對(duì)分解系統(tǒng)的負(fù)面影響。長(zhǎng)期以來(lái)，相關(guān)理論與經(jīng)驗(yàn)研究多聚焦地上葉片凋落物，發(fā)現(xiàn)不同植物葉片混合分解常出現(xiàn)“非加性效應(yīng)”，即實(shí)際分解速率偏離基于單種的預(yù)測(cè)值。然而，地下系統(tǒng)中多樣性–分解關(guān)系的總體規(guī)律仍缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)。相比葉片，吸收根“周轉(zhuǎn)快、分解慢”，是維系森林土壤碳庫(kù)的重要來(lái)源；在多樣性情景下，其大尺度分解模式的實(shí)證研究仍屬空白，限制了我們對(duì)植物多樣性在生物地球化學(xué)循環(huán)中作用的全面認(rèn)知。
本研究選取分屬27科44屬的57種亞熱帶樹(shù)種，利用其吸收根構(gòu)建了585個(gè)微宇宙，涵蓋57個(gè)單樹(shù)種和138個(gè)雙樹(shù)種的根系底物組合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，70%的組合出現(xiàn)“非加性效應(yīng)”，即雙樹(shù)種混合分解速率偏離基于單種的預(yù)測(cè)分解速率。其中57%表現(xiàn)出加速分解的協(xié)同效應(yīng)，僅13%表現(xiàn)出減緩分解的拮抗效應(yīng)。同時(shí)，通過(guò)整合全球雙樹(shù)種葉片混合分解數(shù)據(jù)庫(kù)(n?= 326)，并與本研究吸收根混合分解效應(yīng)(n?= 138)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，根系混合分解效應(yīng)比葉片混合分解效應(yīng)高出3倍(圖1)。值得強(qiáng)調(diào)的是，葉片凋落物分解數(shù)據(jù)表明野外條件下(eLife | 全球森林植物多樣性-葉片分解關(guān)系)的協(xié)同效應(yīng)顯著強(qiáng)于微宇宙實(shí)驗(yàn)，暗示在異質(zhì)性更高的自然生態(tài)系統(tǒng)，根系混合分解的協(xié)同效應(yīng)可能同樣比微宇宙條件下更強(qiáng)。
樹(shù)木吸收根普遍與叢枝菌根(AM)或外生菌根(ECM)真菌共生，兩類菌根類型具有不同的養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)策略和根性狀特征，可能導(dǎo)致根系凋落物化學(xué)組成的系統(tǒng)性分化(New Phytologist | 菌根和環(huán)境對(duì)木本樹(shù)木根系性狀-分解關(guān)系的控制)。因此，跨菌根類型(AM+ECM)的混合底物可能展現(xiàn)更顯著的性狀互補(bǔ)性和正向協(xié)同效應(yīng)。為驗(yàn)證這一假設(shè)，我們區(qū)分不同菌根類型，發(fā)現(xiàn)這種“混合分解加速”的現(xiàn)象并非僅在跨菌根類型的根系組合中存在，當(dāng)根系組合中包含外生菌根樹(shù)種時(shí)(即AM+ECM和ECM+ECM組合)普遍會(huì)出現(xiàn)顯著協(xié)同效應(yīng)，而在純AM組合中未觀察到此現(xiàn)象。我們進(jìn)一步對(duì)根系凋落物的關(guān)鍵性狀指標(biāo)進(jìn)行量化分析，發(fā)現(xiàn)在所有138個(gè)組合中，根系縮合單寧含量的差異是協(xié)同效應(yīng)的主要預(yù)測(cè)因子，而在僅涉及外生菌根樹(shù)種(ECM+ECM)的組合中，氮濃度則成為關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)因子。
綜上，本研究發(fā)現(xiàn)樹(shù)種多樣性效應(yīng)對(duì)分解的正向促進(jìn)作用在地下根系統(tǒng)中更強(qiáng)，且該效應(yīng)受菌根類型與根系化學(xué)性狀的共同調(diào)控。這一證據(jù)挑戰(zhàn)了基于單一底物或單樹(shù)種情景所形成的“吸收根分解緩慢，進(jìn)而限速養(yǎng)分循環(huán)”的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，未來(lái)需強(qiáng)化多樣性背景下自然生態(tài)系統(tǒng)地下分解過(guò)程研究。本研究也為森林培育與經(jīng)營(yíng)管理提供了重要啟示：人工林混交化應(yīng)關(guān)注地下功能多樣性，尤其是樹(shù)種菌根類型與根系功能性狀的差異，通過(guò)策略性組配不同菌根類型樹(shù)種及根系性狀組合，來(lái)促進(jìn)人工林養(yǎng)分循環(huán)與碳匯形成，培育具備更高固碳潛力和氣候韌性的森林生態(tài)系統(tǒng)。
圖1 吸收根與葉片分解的實(shí)測(cè)和預(yù)測(cè)質(zhì)量損失及其混合效應(yīng)
?研究成果近期在線發(fā)表于Nature Communications。論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院地理資源所博士后蔣蕾(現(xiàn)為浙江農(nóng)林大學(xué)副教授)，通訊作者為寇亮研究員。合作者包括法國(guó)蒙彼利埃大學(xué)的Stephan H?ttenschwiler教授、浙江農(nóng)林大學(xué)史文輝副教授、應(yīng)葉青教授、地理資源所李勝功研究員等。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助和支持。
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論文信息：
Lei Jiang,Stephan H?ttenschwiler,Ning Ma,Jiajia Zheng,Wenhui Shi,Yeqing Ying,Shenggong Li,Han Yan,Liang Kou*. 2025. Root mixing effects on belowground decomposition depend on mycorrhizal type. Nature Communications.
論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-025-65163-7
Lei Jiang,Huimin Wang,Shenggong Li,Xiaoli Fu,Xiaoqin Dai,Han Yan,Liang Kou*. Mycorrhizal and environmental controls over root trait decomposition linkage of woody trees. New Phytologist,2021,229: 284-295. 論文鏈接:https://doi.org/10.1111/nph.16844
Liang Kou#,*,Lei Jiang#,Stephan H?ttenschwilerc,Miaomiao Zhang,Shuli Niu,Xiaoli Fu,Xiaoqin Dai,Han Yan,Shenggong Li*,Huimin Wang*. Diversity decomposition relationships in forests worldwide. eLife,2020,e55813.
論文鏈接:https://doi.org/10.7554/eLife.55813
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