植物器官枯萎過(guò)程中會(huì)發(fā)生養(yǎng)分回收,回收的氮、磷養(yǎng)分元素可占植物年需求量的30%~40%。養(yǎng)分回收的發(fā)生實(shí)現(xiàn)了植物對(duì)養(yǎng)分的再次利用,提高了養(yǎng)分利用效率,同時(shí)影響到凋落物化學(xué)性狀,是植物調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的重要途徑。該途徑與養(yǎng)分循環(huán)的另一類驅(qū)動(dòng)者-微生物存在何種聯(lián)系,是該領(lǐng)域尚未解決的科學(xué)問(wèn)題。
土壤中的某些真菌與植物的根可以形成共生體,即菌根。叢枝菌根(AM)和外生菌根(ECM)是森林中常見(jiàn)的菌根類型。ECM樹(shù)種常見(jiàn)于貧瘠土壤條件下,且對(duì)養(yǎng)分的利用比AM樹(shù)種更加保守。ECM樹(shù)種是否比AM樹(shù)種的養(yǎng)分回收效率更高?這一問(wèn)題尚無(wú)答案。
由中科院森林生態(tài)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室呂曉濤研究員、德國(guó)馬普生物地球化學(xué)研究所張海洋博士、美國(guó)科學(xué)院院士Susan Trumbore、中科院植物研究所韓興國(guó)研究員、美國(guó)印第安納大學(xué)Richard P. Phillips教授等人組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì),利用國(guó)際上已公開(kāi)發(fā)表的ECM和AM樹(shù)種共存的研究中378個(gè)樹(shù)種的氮磷養(yǎng)分回收數(shù)據(jù),進(jìn)行了整合分析;同時(shí)利用美國(guó)印第安納州45個(gè)森林樣地中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),揭示了ECM和AM樹(shù)種養(yǎng)分回收在全球尺度和局域尺度的差異。
研究結(jié)果顯示,全球尺度上ECM樹(shù)種和AM樹(shù)種的氮回收效率基本相同,但前者的磷回收效率比后者高12%。對(duì)于落葉樹(shù)類群而言,ECM樹(shù)種的氮磷回收效率均高于AM樹(shù)種;而在常綠樹(shù)類群中的ECM和AM樹(shù)種表現(xiàn)出相仿的養(yǎng)分回收效率。在兩種菌根類型樹(shù)種共存的地區(qū),溫帶森林中的ECM樹(shù)種比AM樹(shù)種回收更多的氮,而熱帶森林中AM樹(shù)種傾向于回收更多的氮。來(lái)自印第安納森林的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,在溫帶森林的局域尺度上,群落中ECM樹(shù)種比例的增加會(huì)導(dǎo)致群落水平上氮素回收的增加,說(shuō)明了ECM樹(shù)種優(yōu)勢(shì)度的增加會(huì)導(dǎo)致群落的氮素利用趨于保守。這項(xiàng)研究說(shuō)明,除了以往研究中涉及的氣候、土壤環(huán)境等非生物因素以外,植物的菌根類型(與微生物的關(guān)系)這類生物因子同樣調(diào)控植物對(duì)養(yǎng)分的回收利用,這一現(xiàn)象在溫帶森林中尤為明顯。
上述結(jié)果以Foliar nutrient resorption differs between arbuscular mycorrhizal and ectomycorrhizal trees at local and global scales為題發(fā)表在Global Ecology and Biogeography雜志(DOI:10.1111/geb.12738),張海洋博士為文章第一作者,呂曉濤研究員為通訊作者。該項(xiàng)研究得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的支持。
全球尺度上落葉和常綠植物中(a和b)以及不同氣候帶(c和d)AM和ECM樹(shù)種的氮磷養(yǎng)分回收情況