Nature 子刊 | 植物-土壤互作介导植物群落稳定性与土壤微生物网络解耦
Nature 子刊 | 植物-土壤互作介导植物群落稳定性与土壤微生物网络解耦
植物群落稳定性是生态学研究中的一个重要课题，尤其是在全球气候变化和人类活动日益频繁的今天。近期，捷克科学院植物研究所Dina in 't Zandt博士等人在Nature子刊上发表了一项重要研究，揭示了植物-土壤互作对植物群落稳定性的影响机制。
研究背景
植物与土壤微生物群落复杂的相互作用网络有关。越来越多的研究发现这些网络在植物群落稳定过程中起着结构力量的作用。植物群落稳定性描述了群落抵抗和从生物和非生物扰动中恢复的能力，随着气候的持续变化和人类对自然生态系统的干预，植物群落稳定性已成为一个日益紧迫的问题。然而，由于潜在的植物-土壤-微生物群相互作用的复杂性，了解群落稳定的驱动力是一项重大挑战。与此同时，生态相互作用本身的复杂性一直被认为是群落稳定的关键组成部分。为了预测、保护和恢复植物群落，我们需要了解植物-土壤-微生物群相互作用在群落稳定过程中的作用。
研究方法
基于此，捷克科学院植物研究所Dina in 't Zandt博士等在一项为期13年的中生态实验中研究了在天然草地土壤的草地群落和在实验前弃耕60年土壤之间植物群落成分与土壤微生物生物量和网络的关联程度和途径。首先，测试了废弃耕地土壤上的植物群落是否表现出地上长期稳定性的下降，以及这是否转化为土壤微生物群落在其原核生物和真菌共生网络中具有不稳定特性。其次，利用结构方程模型(SEM)，测试了整个植物群落(地上生产力和植物多样性)和植物组成对土壤微生物网络的直接和间接途径的相对贡献是否受到土壤来源的影响。第三，确定了在稳定和不稳定植物群落之间持续变化的最重要的植物-土壤-微生物群途径，以及这些变化是否与所涉及的微生物群落的特定假定功能和代谢特征有关。
图1 植物群落发育与时间稳定性
研究发现
研究发现：天然草地土壤的植物群落和在实验前弃耕60年土壤的植物群落的土壤微生物网络拓扑结构存在显著差异。具体来说：
- 在实验前弃耕60年的土壤上的植物群落促进了不稳定特性，并与耦合的原核生物和真菌土壤网络有关。这种耦合是由植物和微生物群与土壤资源循环的强相互作用介导的。
- 相反，天然草地土壤植物群落表现出较高的稳定性，这与原核生物和真菌分离的土壤网络有关。这种解耦是由大量过去的植物群落途径介导的，尤其是真菌网络。
本研究结果表明，植物群落的稳定性与原核生物和真菌土壤网络的解耦有关，并由植物-土壤相互作用介导。因此，植物群落和土壤化学参数可能为全球草原地下微生物网络稳定性提供重要的、易于测量的预测因子。同样，在设计对土壤微生物网络具有解耦效应的植物群落以增加农业系统稳定性时，植物群落和土壤化学因子是有希望考虑的方面。未来的挑战在于将植物和微生物群落的稳定性与其在众多生态系统、土壤资源条件、土地管理和扰动类型中的驱动力联系起来。
图2 结构方程模型路径
研究意义
这项研究不仅揭示了植物-土壤互作对植物群落稳定性的影响机制，还为预测、保护和恢复植物群落提供了新的视角。研究结果表明，通过调控植物群落和土壤化学参数，可以影响土壤微生物网络的稳定性，从而提高农业生态系统的稳定性。这一发现对于应对全球气候变化和保护生态环境具有重要的参考价值。