氣候變暖背景下,頻發(fā)的極端干旱事件顯著影響著森林生態(tài)系統(tǒng)結構和功能。尤其是,極端干旱導致的樹木死亡能夠直接改變林冠結構, 引入大量的太陽輻射,造成林下更新受到干旱和強輻射的雙重脅迫,使得先鋒樹種占主導,而優(yōu)勢樹種更新受阻,導致森林逆向演替。因此,林下更新如何應對地上-地下雙重脅迫,成為當前森林生態(tài)和林學研究的熱點和難點之一。近年來,外生菌根作為植物根系和土壤外生真菌所形成的互惠共生體,不僅有利于宿主植物的養(yǎng)分吸收,也能提高植物對外界不良環(huán)境的抗脅迫能力,受到了廣泛關注。理論上,根系養(yǎng)分吸收功能在脅迫環(huán)境下受限,但外生菌根能否補償根系的功能還存在很大爭議,并圍繞“外生菌根—根系共生關系”形成了兩種對立的假說:功能補償假說,即中長距離探索型(M-L型)菌根真菌因其菌絲廣泛分布,能夠很好地補償根系功能;能量限制假說,即在脅迫條件下,植物分配給細根的碳受到限制,且M-L型真菌更加耗能,導致該類型真菌無法補償根系功能。然而,這兩種假說在極端氣候事件特別是雙重脅迫下的適用情況尚不明確。
基于此,中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所森林生態(tài)系統(tǒng)管理團隊選擇溫帶森林典型外生菌根真菌樹種——蒙古櫟(喜光,Quercus mongolica)和紫椴(耐陰,Tilia amurensis)為主要研究對象,研究其生長和生物量分配、細根性狀和ECM真菌群落對極端干旱和強輻射雙重脅迫的響應特征。結果表明,兩類樹種根系養(yǎng)分獲取能力和M-L型菌根真菌相對豐度隨干旱強度的增加而顯著下降,說明M-L型菌根真菌并不能補償根系功能,從而不支持功能補償假說。相反,細根生物量與M-L型菌根真菌相對豐度呈正相關,支持能量限制假說。雖然強輻射對細根性狀的影響較小,但能夠通過增加細根生物量積累,提高M-L型菌根真菌的相對生物量,進一步支持能量限制假說(圖1)。這意味著在自然界,外生菌根真菌在森林生態(tài)系統(tǒng)中的作用主要依賴于樹木給予的碳分配,反過來提升樹木本身對強輻射等脅迫的抗逆性。本研究強調了樹木與微生物之間的共生關系對樹木氣候適應性的重要性,為促進森林優(yōu)勢種更新、森林正向演替提供關鍵科學依據(jù)。
研究結果以“Variations in ectomycorrhizal exploration types parallel seedling fine root traits of two temperate tree species under extreme drought and contrasting solar radiation treatments” 為題發(fā)表于Plant Cell and Environment期刊。沈陽生態(tài)所特別研究助理謝路路博士為第一作者,王慶偉研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學優(yōu)秀青年基金、中國科學院BR計劃、博士后面上基金等項目支持。
論文鏈接:https://doi.org/10.1111/pce.15093

圖1極端干旱及強輻射雙重脅迫下樹木細根性狀與外生菌根關系的概念模型




