NC | 混合菌根策略的森林具有更高的生产力

背景

菌根是一种植物根系与真菌形成的共生关系，可以影响森林的生态功能和生物多样性。菌根分为两种主要类型：外生菌根（ECM）和丛枝菌根（AM），它们在资源获取和转化方面有不同的策略。以往的研究主要关注单一类型的菌根策略，而忽视了不同类型的菌根策略在空间上的混合程度，以及这种混合对森林生态系统功能的影响。

科学问题

本研究旨在探索混合菌根策略是否能提高森林生产力，以及这种效应是否受到地理区域和物种丰富度的影响。

作者假设混合菌根策略能够增加森林的功能多样性和资源利用效率，从而提高森林生产力，尤其是在物种丰富度较低的情况下。

研究方法

作者使用了美国森林清查数据集（FIA）， 利用美国连续48州的74,563个森林调查样地数据，分析了不同菌根策略组合对森林生产力（以年均直径增长率为指标）的影响。作者使用线性混合效应模型考察了地理区域、物种丰富度、气候变量、土壤变量、立木密度等因素对结果的影响，并使用随机森林模型评估了各个因素的相对重要性。

研究发现

结果表明，在77%的地理区域中，混合菌根策略的样地比单一菌根策略（ECM或AM）的样地具有更高的生产力（约15%）。

混合菌根策略对生产力的正向效应在物种丰富度较低时更明显，在物种丰富度较高时减弱或消失。

随机森林模型显示，气候变量是影响生产力最重要的因素，其次是土壤变量、立木密度和物种丰富度。

▲图1 | 概念图说明了AM树木优势与森林生产力之间的假设关系，以及当地社区共存的树种的潜在资源使用情景。

▲图2 | AM 树种优势度与森林生产力的关系

机制讨论

 作者讨论了他们的主要发现，即混合菌根策略对提高森林生产力有积极作用，并提出了可能的机制。他们认为，混合菌根策略可以增加植物对土壤资源（如水分、养分和有机碳）的利用效率和竞争能力，从而促进植物生长和碳固定。

他们还认为，混合菌根策略可以增强森林对环境变化（如干旱、温度和扰动等）的适应性和稳定性，从而维持森林功能。他们指出，这些机制可能与菌根真菌之间和植物之间的互惠、互补和协调作用有关。

可能导致混合菌根策略提高森林生产力的机制，包括：1) 混合菌根策略能够增加植物功能多样性，从而促进资源互补或分配；2) 混合菌根策略能够增加真菌功能多样性，从而促进土壤碳循环或营养转化；3) 混合菌根策略能够改善植物抵抗逆境或病害的能力；4) 混合菌根策略能够降低植物间竞争或增加协作。

结论与意义

本研究揭示了混合菌根策略对提高森林生产力具有普遍而显著的作用，尤其是在物种丰富度较低的情况下。

这一结论对于理解和预测全球变化对森林生态系统的影响，以及制定有效的森林管理和保护措施具有重要意义。他们建议，在未来的森林恢复和造林项目中，应考虑不同类型的菌根策略对森林生产力的影响，以提高森林的碳固定能力和适应性。

创新点与局限性

本研究的创新之处在于：1) 首次在大尺度上系统地评估了混合菌根策略对森林生产力的影响；2) 揭示了混合菌根策略与物种丰富度之间的交互作用，以及不同地理区域中混合菌根策略效应的异质性；3) 探讨了可能的机制，并提出了可供实验验证的假设。

本研究的局限之处在于：1) 缺乏对真菌多样性和功能的直接测量，无法确定真菌与植物之间的确切关系；2) 缺乏对土壤碳循环和营养转化过程的定量分析，无法确定真菌如何影响土壤功能；3) 缺乏对逆境或病害条件下混合菌根策略效应的评估，无法确定真菌如何影响植物适应性。

对未来工作的启发

未来工作可以从以下几个方面展开：1) 利用分子技术和功能基因组学方法，更精确地识别和定量不同类型的菌根真菌，并探索它们与植物之间的互作机制；2) 利用稳定同位素示踪技术和代谢组学方法，更细致地揭示不同类型的菌根真菌如何参与土壤碳循环和营养转化过程，并评估它们对气候变化反馈的贡献；3) 利用控制实验或长期观测数据，更系统地比较不同类型的菌根真菌在逆境或病害条件下对植物生长和适应性的影响，并验证混合菌根策略是否能够提高植物抵抗力。

转自：“生态系统生态学”微信公众号

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