中大新聞網(wǎng)訊（通訊員王韋韜）植物與土壤微生物間的相互作用是影響植物共存的關(guān)鍵因素。雖然已有大量研究在配對(duì)物種共存的框架下探討了土壤微生物的重要作用，但其對(duì)多物種共存動(dòng)態(tài)的影響仍不明確，阻礙了我們深入理解土壤微生物在塑造植物群落結(jié)構(gòu)和功能中的角色。

近日，中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院儲(chǔ)誠(chéng)進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)在生態(tài)學(xué)經(jīng)典期刊Ecology發(fā)表了題為“Soil microbial influences over coexistence potential in multispecies plant communities in a subtropical forest”的研究論文。該研究通過(guò)溫室種植實(shí)驗(yàn)，首次細(xì)致評(píng)估了土壤微生物如何影響亞熱帶森林中多植物物種的共存。

在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持下，該研究共種植了來(lái)自我國(guó)南亞熱帶森林黑石頂自然保護(hù)區(qū)的五種樹(shù)木的540株幼苗，其中兩種樹(shù)木能與叢枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)真菌形成共生關(guān)系，三種樹(shù)木能與外生菌根(ectomycorrhizal, EcM)真菌共生。實(shí)驗(yàn)將樹(shù)苗分為兩個(gè)處理組，分別使用滅菌土壤和接種微生物的土壤進(jìn)行種植，接種的微生物提取自黑石頂森林內(nèi)同種樹(shù)木下的土壤。

該研究旨在解答土壤微生物如何影響多物種群落中的物種共存、土壤微生物是否主要通過(guò)改變結(jié)構(gòu)化生態(tài)位或適合度差異來(lái)調(diào)節(jié)多物種的共存、土壤微生物對(duì)植物物種共存的影響能否通過(guò)植物功能性狀來(lái)解釋等科學(xué)問(wèn)題。

研究采用貝葉斯框架下的Ricker模型來(lái)擬合植物的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，分別估算兩個(gè)處理組中各樹(shù)種的內(nèi)稟增長(zhǎng)率、種內(nèi)相互作用系數(shù)以及種間相互作用系數(shù)。研究結(jié)果表明（圖1），土壤微生物總體上降低了五個(gè)樹(shù)種中四個(gè)物種的內(nèi)稟增長(zhǎng)率。對(duì)于AM樹(shù)種，種內(nèi)相互作用主要表現(xiàn)為競(jìng)爭(zhēng)，接種微生物后，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度有所減弱。相比之下，EcM樹(shù)種的種內(nèi)相互作用多表現(xiàn)為促進(jìn)效應(yīng)。接種微生物后，某些物種的種內(nèi)相互作用從競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)。在種間相互作用方面，大多數(shù)情況下，配對(duì)物種在滅菌處理組中的相互作用強(qiáng)度高于接種處理組。此外，土壤微生物同樣能改變種間相互作用的類(lèi)型，使其從競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化為促進(jìn)。

圖1 使用貝葉斯建模估算的內(nèi)稟增長(zhǎng)率(λ)和相互作用系數(shù)的后驗(yàn)分布。y軸藍(lán)色刻度為種內(nèi)相互作用系數(shù)，紫色刻度為種間相互作用系數(shù)。

在獲得內(nèi)稟增長(zhǎng)率和相互作用系數(shù)矩陣后，利用結(jié)構(gòu)化共存方法估算了兩物種至五物種群落的結(jié)構(gòu)化生態(tài)位差異(Ω)和結(jié)構(gòu)化適合度差異(θ)，以評(píng)估土壤微生物對(duì)多物種共存的影響。結(jié)果顯示（圖2），土壤微生物顯著影響多物種群落的結(jié)構(gòu)化適合度差異，而對(duì)結(jié)構(gòu)化生態(tài)位差異的影響較弱。具體而言，土壤微生物顯著增加了所有植物群落的結(jié)構(gòu)化適合度差異。例如，在兩物種群落中，土壤微生物使群落的平均結(jié)構(gòu)化適合度差異增加了55.8%；在五物種群落中，這一增幅達(dá)到了76.4%。

圖2 兩至五種樹(shù)種組成的植物群落的結(jié)構(gòu)化生態(tài)位差異(Ω, A)和適合度差異(θ, B)箱線圖，綠色為接種處理組，黃色為滅菌處理組。

進(jìn)一步分析顯示，所選取樹(shù)木的根系功能性狀與結(jié)構(gòu)化共存指標(biāo)顯著相關(guān)(圖3)。在接種組中，根平均直徑(RAD)和根長(zhǎng)度(RL)與結(jié)構(gòu)化生態(tài)位差異呈顯著正相關(guān)，但在滅菌組中，這種相關(guān)性并不明顯。由于結(jié)構(gòu)化生態(tài)位差異越大，多物種共存的可能性越高，性狀與結(jié)構(gòu)化生態(tài)位差異的顯著相關(guān)性為功能性狀與物種共存的關(guān)系提供了更為直接的視角。

圖3 配對(duì)物種的性狀差異與結(jié)構(gòu)化生態(tài)位差異(Ω)和適合度差異(θ)的相關(guān)性雷達(dá)圖，顯著相關(guān)性以粗體標(biāo)注(顯著性水平為0.05)。(A) Ω與接種處理組的性狀；(B) θ與接種處理組的性狀；(C) Ω與滅菌處理組的性狀；(D) θ與滅菌處理組的性狀。

該研究表明土壤微生物對(duì)多物種植物群落的共存具有顯著影響，特別是通過(guò)改變配對(duì)植物物種間的相互作用，從而影響群落內(nèi)的結(jié)構(gòu)化適合度差異。研究采用結(jié)構(gòu)化共存方法對(duì)多物種群落的共存動(dòng)態(tài)進(jìn)行了評(píng)估，有效填補(bǔ)了該領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)研究的空白。盡管該研究提供了土壤微生物在調(diào)節(jié)適合度差異上比生態(tài)位差異更具影響力的證據(jù)，但其在物種豐富的自然群落中的普適性仍需進(jìn)一步探索。

中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院博士后王韋韜及吳航玉(碩士，已畢業(yè))為論文的共同第一作者，儲(chǔ)誠(chéng)進(jìn)教授為論文通訊作者。碩士研究生吳婷婷、羅梓菁（已畢業(yè)，現(xiàn)于加拿大阿爾伯塔大學(xué)攻讀博士學(xué)位）、林維、劉翰倫(已畢業(yè)，現(xiàn)為墨爾本大學(xué)博士后)，特聘副研究員肖俊麗，李遠(yuǎn)智副教授，王酉石副教授，以及加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校助理教授Chuliang Song和路易斯安那州立大學(xué)教授Gaurav Kandlikar為其他共同作者。

論文鏈接：https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ecy.4415