储诚进团队发现植物土壤反馈的谱系保守性促进稀有种的维持

土壤病原菌介导的植物土壤负反馈是森林群落生物多样性维持的主要驱动力之一。近年来许多研究发现稀有种相比常见种受到更强的同种植物土壤负反馈，即所谓的“稀有种更新劣势”。这些研究结果引发新的疑问：稀有种在如此更新劣势的情况下如何能与常见种在自然界中共存呢？

我们提出了一个假设（图1）：稀有种相比常见种受到更强的同种土壤负反馈的情况下，只有当稀有种受到更弱的异种土壤负反馈，两者才有可能在群落中共存。

图1 稀有种和常见种受到同种及异种植物土壤反馈强度的差异。a、b两种情形均会造成常见种竞争排斥掉稀有种，仅有c情形可能促进两者的共存。

为了验证以上假设，本研究在广东省肇庆市黑石顶50公顷亚热带森林样地中设置了温室杀菌实验及野外幼苗交互种植实验。首先对6个多度差异很大的乔木树种在样地中收集其同种、同属、同科及异科大树下的土壤作为培育土，在温室中种植幼苗，并设置这四种谱系亲缘大树土壤的杀菌土，每种处理8个重复，一共有384盆。同时对5个树种（2对同属树种）在野外样地中每种选取3棵大树，并将幼苗分别移栽到同种及其他4个异种大树下，每种幼苗10个重复，一共移栽750株。常规监测一年半后测量所有存活个体幼苗的株高，总叶面积及地上部干重。

在温室实验及野外实验中分别用原土及杀菌土中幼苗相对生长速率的差异及幼苗在同种及异种大树下相对生长速率差异来衡量植物土壤反馈强度，结果发现稀有种的幼苗在近缘种的土壤中受到的负反馈强于在远缘异种的土壤中受到的负反馈，表现出植物土壤反馈的谱系保守性，而常见种的幼苗在各种谱系大树的土壤中均受到类似的负反馈，并没有表现出谱系保守性（图2）。

图2 温室杀菌实验中，稀有种和常见种的幼苗受到不同谱系大树土壤反馈强度。

同时，我们以两对同属乔木物种为例，发现同属植物中多度较少的植物受到同种土壤负反馈，而不受到异种（异科）土壤负反馈。而多度较多的植物不仅受到同种负反馈，也受到异种（异科）负反馈（图3）。

图3 温室杀菌实验中,同属乔木物种对中稀有种和常见种幼苗受到来自同种（a）及异科（b）植物土壤反馈强度

      本研究首次提供证据说明稀有种和常见种受到的同种及异种植物土壤反馈存在差异，这可能是解释其在群落中共存的关键因素：稀有种虽受到较强同种土壤负反馈，但在远离母树且谱系亲缘关系较远的大树下能获得更新优势，而常见种虽受到较弱的同种植物土壤负反馈，但是其后代在异种大树下会遭受更新劣势。该研究为一直以来争执已久的常见种稀有种共存问题提供了新的解决思路，并鼓励今后研究考虑异种土壤反馈效应，从而全面地理解植物土壤反馈对群落动态及物种共存的重要作用。

研究结果以“Phylogenetic dependence of plant-soil feedback promotes rare species in a subtropical forest”为题发表于Journal of Ecology；储诚进团队江园博士为该论文第一作者，储诚进教授、加拿大阿尔伯塔大学何芳良教授及魁北克大学Steven W. Kembel教授、王梓辉博士生参与了该项目的工作。该研究受到国家自然科学基金项目（31925027）及中山大学博士生国外访学与合作研究项目资助。

全文链接：

https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2745.13879

通讯员：江园