生物多樣性如何影響生態(tài)系統(tǒng)功能是生態(tài)學(xué)研究的核心問題之一,大量實驗和理論研究發(fā)現(xiàn),生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能(如生物量等)之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(即BEF正關(guān)系),表明生物多樣性正向促進生態(tài)系統(tǒng)功能。然而,在天然林生態(tài)系統(tǒng)中,已有研究發(fā)現(xiàn)BEF關(guān)系隨研究尺度發(fā)生變化,在小尺度范圍內(nèi)(< 0.1 ha)呈正相關(guān),而在大尺度范圍(> 0.1 ha),BEF關(guān)系以負相關(guān)或無顯著關(guān)系為主,這種尺度效應(yīng)大大限制了BEF研究對森林經(jīng)營實踐的現(xiàn)實指導(dǎo)意義,同時也對現(xiàn)有BEF理論體系提出了挑戰(zhàn)。
為解決BEF關(guān)系的尺度依賴問題,我組聯(lián)合國內(nèi)外多家單位,通過系統(tǒng)凝練菌根共生研究觀點,提出了驅(qū)動BEF關(guān)系尺度效應(yīng)的菌根類型優(yōu)勢度新機制(圖1)。該機制共包含三個假說:假說I—基于研究團隊前期在New Phytologist的研究結(jié)果(Mao et al., 2019),預(yù)測在叢枝菌根(AM)—外生菌根(EM)混交林中,AM樹種優(yōu)勢度與土壤肥力呈正相關(guān),而EM樹種優(yōu)勢度與土壤肥力呈負相關(guān); 假說II—由于AM樹種占優(yōu)勢的群落多樣性相對高,而EM樹種占優(yōu)勢的群落生物量較高,因此AM樹種優(yōu)勢度與群落多樣性呈現(xiàn)正相關(guān),而與生物量呈負相關(guān),EM樹種則相反;假說III—基于以上假說I和II,土壤條件驅(qū)動的AM樹種優(yōu)勢度變化將對多樣性—生物量關(guān)系產(chǎn)生負效應(yīng),最終在較小尺度上減弱了正關(guān)系,在較大尺度上驅(qū)動了負關(guān)系,導(dǎo)致多樣性—生物量關(guān)系隨研究尺度增大呈現(xiàn)出“由正轉(zhuǎn)負”的趨勢(圖2)。目前,該機制已在中國和美國東部7塊溫帶、亞熱帶森林大樣地(16—50ha)內(nèi)得到了驗證,初步解決了多樣性—森林生物量關(guān)系的尺度效應(yīng)問題。
雖然本研究僅關(guān)注了“生物量”這一項生態(tài)系統(tǒng)功能指標(biāo),但是其理論基礎(chǔ)也適用于其他功能指標(biāo)(如生產(chǎn)力、地下功能等),因此菌根類型優(yōu)勢度機制豐富了BEF理論體系,證實了BEF負關(guān)系主要由樹種特性(如菌根類型)和環(huán)境異質(zhì)性(如土壤肥力)所驅(qū)動。同時,該機制可以為未來“適地適樹”的森林經(jīng)營管理模式提供新思路,通過綜合考慮立地條件(土壤)和樹種特性(菌根類型),平衡生物多樣性保護和生態(tài)系統(tǒng)功能提升等營林目標(biāo)。
該研究近日以“Scale-dependent diversity–biomass relationships can be driven by tree mycorrhizal association and soil fertility”為題在線發(fā)表于Ecological Monographs(Mao et al., 2023; https://doi.org/10.1002/ecm.1568)。我組特別研究助理毛子昆為論文第一作者,王緒高研究員為通訊作者。本研究受到國家自然科學(xué)基金委項目、中科院先導(dǎo)科技專項課題、研究所重大專項、博士后面上項目、中科院特別研究助理項目等多個項目的資助。
文章鏈接:Mao et al., 2019. Tree mycorrhizal associations mediate soil fertility effects on forest community structure in a temperate forest. New Phytologist, 223(1): 475-486. https://doi.org/10.1111/nph.15742.
Mao et al., 2023. Scale-dependent diversity–biomass relationships can be driven by tree mycorrhizal association and soil fertility. Ecological Monographs, e1568. https://doi.org/10.1002/ecm.1568.
圖1. 菌根類型優(yōu)勢度機制(Mycorrhizal dominance mechanism)驅(qū)動多樣性—生物量尺度依賴關(guān)系
圖2. 森林群落多樣性與生物量的尺度依賴關(guān)系(以長白山樣地為例)