Journal of Ecology | 中山大学刘徐兵教授团队揭示不同菌根类型树种土壤养分偏好的个体发育可塑性调控亚热带物种共存和群落构建

       热带亚热带森林是地球上生物多样性最丰富的陆地生态系统，不同菌根类型树种通过土壤养分偏好和吸收策略的分化实现稳定共存。然而，过去关于不同类型菌根树种养分竞争的研究几乎都集中在幼苗阶段，且大多通过少数物种的控制实验进行研究，难以揭示整个生活史过程中的养分生态位动态。

       近日，我院刘徐兵教授团队在生态学权威期刊 Journal of Ecology 上发表了题为“Ontogenetic divergences in soil nutrient preferences between arbuscular and ectomycorrhizal trees regulate community assembly in subtropical forests”的研究论文。该研究基于黑石顶野外定位站长达16年的幼苗动态监测和50公顷大样地调查，并系统测定了土壤氮磷养分形态，首次绘制了不同菌根类型树种在个体发育过程中的土壤养分生态位轨迹，为理解亚热带森林生物多样性的维持机制提供了全新的视角。
 

图1 AM和ECM树种不同生活史阶段的土壤养分偏好性

       研究发现，丛枝菌根（AM）树种在所有发育阶段均保持了对无机氮的一致偏好，无论在幼苗、幼树还是成年树阶段，AM树种的分布、生长和存活都与土壤无机氮水平呈正相关，体现了其对无机养分获取策略的“从一而终”。相比之下，外生菌根（ECM）树种则展现出显著的发育阶段依赖性资源特化。在幼苗阶段，ECM树种偏好无机氮；进入幼树期后，转而表现出对无机磷的偏好；而成年ECM树种的分布则与土壤有机磷呈显著负相关，说明其大量消耗有机磷以支撑生长。ECM树种在不同发育阶段会“切换”其偏好的养分形态，这种高度的发育可塑性使其能够更灵活地应对土壤养分的时空异质性，为ECM树种从幼树阶段开始获得生长优势、最终占据冠层提供了关键的竞争优势。

       该研究不仅从个体发育的角度重新定义了菌根介导的养分生态位分化模型，还揭示了不同生活史阶段特异性的菌根觅食策略如何通过土壤过滤作用介导树种间养分竞争，驱动群落水平的资源分配格局。研究结果为预测全球变化背景下养分循环扰动对森林生态系统的潜在影响提供了重要的理论依据。

       我校生态学专业2022级博士生何明蕊为论文第一作者，刘徐兵教授为通讯作者。我院戴冬博士、梁敏霞教授和华南国家植物园郑毅博士参与了研究工作。该研究得到国家自然科学基金项目、广州市科技计划项目和中央高校基本科研业务费等的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.70334

科普介绍：

从“挑食”看森林霸主养成记：有些树在成长中会“换口味”

       在茂密的亚热带森林里，树与树之间的竞争，常常在地下的“隐形战场”上展开。它们通过与土壤中的菌根真菌结成联盟来获取水和养分，而如何使用这个联盟的策略，则决定了一片森林的命运。

       近期，刘徐兵教授团队的一项研究，为我们揭示了一个有趣的现象：有些树一辈子只爱“一道菜”，而有些树则会随着长大不断“换口味”，而这种灵活的“饮食策略”，恰恰是它们成为森林霸主并维持生物多样性的关键。

       丛枝菌根（AM）树种，像个自给自足的“做饭派”。它们的真菌盟友能帮它们高效地吸收土壤中现成的“速效肥料”——无机氮、无机磷。这类树策略专一，从种子发芽到长成参天大树，都坚定地偏好无机氮。外生菌根（ECM）树种，则像个“点外卖派”。它们的真菌盟友更强大，能分泌特殊酶，分解土壤中复杂的有机质，从而获取“慢效肥料”——有机氮、有机磷。这种策略更耗能量，但能吃到别人吃不到的“饭菜”。

       真正让科学家们惊奇的，是ECM树在“点外卖”时的具体菜单，会在它的一生中发生显著转变。幼年时期：补充氮，快长个；青年时期：争夺无机磷，力压群雄；成年时期：高效利用有机磷，巩固地盘。也正是ECM树这种“发育阶段依赖性”的灵活策略，在宏观上促进了整个森林的健康与多样性。这种如同接力赛般精确的养分需求分化，让不同的树在不同时期、不同地点，吃着不同的“食物”，最终和谐共生，共同构建了这片生机勃勃、物种丰富的亚热带森林。

       刘徐兵教授团队的这项研究，不仅让我们窥见了树木生长和竞争的微观智慧，也首次绘制了这两种菌根树在整个生命史中的营养生态位轨迹，为保护森林生物多样性、预测生态系统对环境变化的响应提供了全新的视角。下次当你仰望一棵参天巨树时，或许可以想象，它的成长之路，也是一部精彩的“口味变迁史”。