近日，中國科學院地理科學與資源研究所研究員馬澤清團隊揭示了樹木根系—菌根以及土壤真菌隨林齡變異的系統性規律，首次提出“養分覓食連續體”概念，發現隨著林齡增加，樹木養分獲取策略從“小根系配合長距離菌索”逐步過渡到“大根系結合短距離探索型菌根”的系統性轉變。相關成果以研究長文形式發表于國際生態學頂級期刊《生態學專著》（Ecological Monographs）。
樹木的生長需要從土壤中獲取養分，這一過程由吸收根及其共生的菌根真菌共同完成：樹木為真菌提供碳源，真菌則幫助樹木獲取水分和養分。理解植物的養分獲取策略，是預測植物競爭能力和生態系統碳氮循環的關鍵。然而，以往研究大多只關注根系或者共生真菌，并未將根-菌共生體視為統一的養分獲取單元；且研究菌根真菌時，多數工作只關注侵染程度，而忽略了更能反映其養分探索能力的關鍵指標：菌根探索類型。
馬澤清團隊依托不同林齡的落葉松人工林氮添加長期樣地開展野外控制實驗，綜合分析了根系、菌根真菌和土壤真菌群落的組織方式。他們在一個個根尖上解析了復雜的根內外真菌網絡，發現林齡對根系和菌根真菌的影響遠大于氮肥等土壤資源因素，表明林齡是驅動地下養分獲取策略系統性變異的主要因素。
隨著森林林齡增加，地下覓食策略發生一系列系統性變異：根系從“探索型”轉變為“保守型”。幼齡林生長快，根系生物量低，但單根呼吸和代謝水平高，在組織構建和資源獲取方面投入較多；而老齡林，根系構型大、生物量高，單根的物理和化學防御增強，更多碳分配用于根系自身代謝的維持和防御，從而趨向于保守的策略。
與根系變化同步，菌根真菌也發生了從“長距離型”到“短距離型”的典型演替。幼齡林中占主導地位的是“長距離探索型”真菌，能到更遠的地方尋找養分；而老齡林中“短距離探索型”真菌比例上升，更專注于高效利用根際富集的資源。這一變化間間促進了成熟林中土壤腐生真菌的增加。
落葉松人工林根-菌根真菌養分覓食連續體隨林齡系統性變異框架。受訪者供圖
“這項研究率先從根-菌根真菌-土壤真菌的角度，全面系統地總結了森林樹木地下養分覓食互補策略的轉變，推動了根系和菌根研究的理論創新。”馬澤清告訴《中國科學報》，更重要的是，地下根系與真菌之間的動態關系主要由兩個關鍵機制驅動：一是根系構型與單根代謝之間的“大小—速率”權衡，二是根系與菌根探索類型之間的“互補效應”。
“隨著林齡的增加，共生真菌下降，腐生真菌上升，這一規律基本成立?！瘪R澤清說，這證明了在森林演替過程中，不同功能的真菌類群發生系統性變異的關鍵因素并非養分，而是林齡。
樹木外生菌根的探索型。受訪者供圖
該研究不僅揭示了森林生態系統演替過程的地下“黑箱”，填補了養分探索策略的種內變異認識的空白，還為全球變化背景下優化碳氮循環模型提供參數，預測未來森林碳氮和多樣性提供了理論依據。
“我國大部分人工林逐漸過渡到成熟林和老林齡，森林如何持續固碳成為研究的熱點和難點。”馬澤清說，該研究發現成熟林中相當一部分碳被用于短距離探索型菌根真菌的更新，并且維持龐大的根系結構，這為解釋成熟林碳匯能力下降提供了新的視角。
馬澤清表示，盡管老林齡的固碳能力有所下降，但其地下多樣性保育能力會較強。本研究為制定科學的森林管理方案、提升森林固碳潛力和生態服務功能提供有力指導。
未來，我國大面積人工林將面臨林齡整體老化，隨著時間演替，土壤資源的時空供應格局也將發生復雜變化。在這一背景下，該研究對于預測地下養分獲取策略的演變及其對土壤生物多樣性和碳匯功能的影響，具有重要的科學價值和實際意義。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/ecm.70039
本文鏈接：樹越老，根越“穩”：科學家破解樹木地下養分獲取策略的演替規律http://m.sq15.cn/show-11-28590-0.html
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