New Phytologist | 中山大学刘徐兵团队揭示全球森林土壤磷添加对根系与菌根策略的分异调控

       磷是植物生长发育的关键限制元素，在热带和亚热带森林中尤为突出。近几十年来，为满足粮食和木材需求，大量无机磷肥被施入陆地生态系统。这种人为的磷富集如何影响树木的地下养分获取策略？不同类型的菌根树种会做出怎样的差异化响应？这些问题长期以来缺乏全球尺度的系统性解答。近期，刘徐兵教授团队通过整合全球108项森林生态系统磷添加野外实验研究，首次系统揭示了土壤磷添加对树木细根形态、化学、菌根共生及酶活性四类功能性状的全球性影响规律，并发现丛枝菌根（AM）与外生菌根（ECM）树种在磷富集条件下表现出截然不同的地下响应策略——AM树种倾向于“扩根”，而ECM树种则倾向于“养菌”。

       研究团队从Web of Science和中国知网系统检索了相关文献，最终纳入108项实验研究，涵盖16个响应变量、601组观测数据。通过基于响应比的荟萃分析，并控制磷添加量、添加时长、土壤初始磷含量、气候因子等协变量，研究揭示了磷添加对树木地下功能性状的全球性影响格局。总体而言，磷添加显著促进了树木细根的生长与磷吸收。与此同时，菌根共生关系受到显著抑制，根系和土壤磷酸酶活性更是大幅下降。这一“此消彼长”的模式表明，磷富集促使树木从依赖菌根真菌转向依赖根系自身的养分获取策略——当土壤磷不再稀缺时，维持高成本的菌根共生变得不再经济，树木转而投资于细根的生长与扩张。

图1. 磷添加对根系化学、形态、菌根及酶学功能性状的整体效应

       更引人注目的是，AM与ECM树种对磷添加的响应存在根本性差异。在磷添加条件下，AM树种的根长增加幅度显著大于ECM树种，而ECM树种的菌根真菌生物量增幅则显著大于AM树种。AM树种的菌根侵染率显著下降，而ECM树种的菌根侵染率变化不显著。两种菌根类型的磷酸酶活性则同步下降。这些结果表明，AM树种在磷富集时优先“扩根”——通过增加根系探索面积来高效吸收新增的无机磷；而ECM树种则优先“养菌”——将更多碳分配给菌根真菌，维持其有机养分获取通道。

图2. 磷添加量与时长对AM和ECM树种根系性状的差异化影响

       该研究为理解全球磷沉降加剧背景下森林的地下响应提供了首个综合性框架。研究揭示，AM与ECM树种在磷富集条件下沿袭了截然不同的养分获取策略——AM树种依赖根系可塑性，ECM树种依赖菌根投资——这种分异可能重塑两类树种在磷富集环境下的竞争格局与群落动态。研究也提示，在全球磷沉降加剧和磷矿资源日益枯竭的双重背景下，森林管理者应充分考虑不同菌根类型树种的差异化响应策略，在造林和森林恢复中合理搭配AM与ECM树种组合，以增强森林生态系统对未来养分环境变化的适应能力。

       研究结果以“Resolving root and mycorrhizal strategies in response to soil phosphorus addition in forest ecosystems: a global meta-analysis”为题发表在国际植物学权威期刊《New Phytologist》上。中山大学生态学2021级博士生杨远志为论文的第一作者，刘徐兵教授为论文的通讯作者。该研究得到教育部学科突破先导项目（JYB2025XDXM902）、国家自然科学基金（32571790、32471606）及国家重点研发计划（2022YFF0802303）等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1111/nph.71540