热带雨林中的木本植物通常会采取不同的生长和生态策略来应对外界环境的干扰以及实现资源配置的最优化(Han et al. 2022)。植物生态策略反映了植物物种如何优化资源配置,促进各种功能性状之间的权衡和协调(Chen et al. 2022)。Grime(1974)提出了竞争型(Competitor)、耐胁迫型(Stress tolerator)和杂草型(Ruderal)的(CSR)生态策略理论,还存在一个中间型策略,该理论强调了在高竞争、低生产力或强烈干扰条件下提供生存优势的性状组合(Escobedo et al. 2023),有助于预测植物群落在全球环境变化下可能发生的分化过程(Treseder 2023)。因此,以植物不同生态策略来划分植物功能群有助于深入研究不同植物物种在生态系统中的作用,解释生态系统过程受植物物种影响的机制原理,使得生态系统的复杂研究得以简化。
土壤微生物是热带雨林生态系统中最主要的有机质分解者,能够分解土壤中的有机质和凋落物,并产生次生代谢物和物质残留物,在促进土壤养分循环、碳氮有机物的合成、抑制植物病害和促进植物营养吸收等方面具有重要的贡献(Gong et al. 2021;Coban et al. 2022)。同样,土壤微生物可根据其在养分转化及代谢过程中的作用划分成不同的功能类群,执行不同的生态功能(Xue et al. 2023)。土壤微生物功能群反映了特定的代谢过程或栖息地的限制以及如何促进其生态系统的功能(Scoma, 2021),同时会影响有机物质的分解和土壤微生物生物量,从而影响土壤有机碳储量和养分循环过程(Arcand et al., 2016; Jeewani et al., 2021)。因此,将土壤微生物划分为不同功能群可以更科学地探索植物群落与土壤微生物群落之间的特定关系。
热带雨林生态系统生物多样性高,物种丰富,具有固碳增汇、维持养分循环、调节区域气候变化和保护生物多样性等多种生态系统功能(Tang et al., 2019)。尽管这些生态系统功能具有极高的生态和社会经济价值,但它们受到农业集约化或经济林种植造成的植物多样性丧失的威胁(Poschlod et al., 2005)。植物群落可直接或间接地与土壤微生物相互作用,从而影响土壤微生物群落介导的生态系统过程(van der Heijden et al., 2008; Millard and Singh, 2010)。虽然植物性状和不同生活型植物群落与土壤微生物有关,但将植物生态策略与微生物功能联系起来的研究还需要深入探索。
鉴于此,中国林科院高原所森林生态与生物多样性研究团队以西双版纳热带雨林为研究对象,基于西南林区天然林生态系统功能样带中3块一公顷热带雨林动态监测样地,利用CSR理论、FAPROTAX和FUNGuild方法,分别对植物、土壤细菌和真菌划分功能群,并结合非生物和生物因子,揭示热带雨林植物、土壤细菌和真菌功能群的相互关系,并探讨不同土壤微生物功能群、生物和非生物因子对植物功能群的相对影响。
研究发现,在3块一公顷的热带雨林动态监测样地中,316种木本植物被划分为4个功能类群。木本植物中,中间型功能群(53.48%)和竞争型功能群(29.75%)占植物种类的大多数,而杂草型功能群最少(1.27%)。同时,土壤真菌的优势功能类群包括未定义腐养菌、外生菌根真菌和土壤腐养菌,土壤细菌的优势功能类群包括化养异养菌、硝化菌和固氮菌。其中,土壤腐养菌与木本植物耐胁迫型功能群呈正相关,与木本植物中间型功能群呈负相关。木本植物竞争性功能群与丛枝菌根真菌呈正相关。此外,土壤细菌功能群是影响植物功能群相对丰度的关键驱动因子,外生菌根真菌、植物病原真菌、土壤腐生真菌、好氧氨氧化菌、土壤pH和容重对植物功能群的维持的主要因子。
该成果以“The effect of soil microbial functional groups, abiotic and biotic factors on plant functional groups: insights from a tropical rainforest in Southwest China”为题在农林科学二区top期刊Plant and Soil发表(链接https://doi.org/10.1007/s11104-024-07092-w)。陈燕旋硕士为第一作者(现中山大学博士在读),苏建荣研究员为通讯作者,高原所的李帅锋研究员、黄小波副研究员、唐荣助理研究员、张锐博士、李聪博士和加拿大不列颠哥伦比亚大学Wang Tongli教授为合作作者,对本研究具有重要贡献。本研究在中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(CAFYBB2021ZA002和CAFYBB2020ZA002)和云南省科技计划基础研究专项 (202005AC160166和202401AS070016)的共同资助下完成。