土壤微生物对植物多样性-生态系统功能关系的调控作用 生物多样性    2025, 33 (4): 24579-.   DOI: 10.17520/biods.2024579

图3 病原菌驱动植物多样性-生产力关系的3种假设。当病原菌对不同多样性植物群落的抑制作用相当时, 病原菌消失后植物多样性-生产力关系的斜率不变(A); 当高多样性的植物群落中某一物种占据主导地位时, 由于该物种相对多度较高, 导致病原菌对高多样性群落的抑制作用强于低多样性群落, 因此病原菌消失后植物多样性-生产力关系的斜率将会升高(B); 当病原菌宿主特异性和负密度依赖性发挥作用时, 病原菌对低多样性植物群落的抑制作用会强于对高多样性植物群落, 那么病原菌消失后植物多样性-生产力关系的斜率将会下降(C)。

正文中引用本图/表的段落

积极的植物多样性-生产力关系也可能是由土传病原菌对低多样性植物群落产生抑制而引起(Maron et al, 2011; Marquard et al, 2013; 席念勋等, 2023)。病原菌是土壤微生物对植物多样性-生产力关系调控作用控制试验中最先被关注的微生物特定功能群, 对于植物的生长和生态系统功能的实现有较强的负面作用(van der Heijden et al, 2008; Maron et al, 2011)。这种抑制作用可能在不同多样性水平的群落中有所差异, 据此, 生态学家们提出假设(Maron et al, 2011): (1)如果土壤病原菌对所有植物多样性水平上的群落生产力都有类似的抑制作用, 那么在抑制病原菌后群落生产力将会增加, 但净多样性效应不会改变(图3A); (2)如果选择效应推动了正的多样性-生产力关系, 这意味着一个特别高产的物种在高多样性组合中占主导地位, 并且在高多样性的群落中高产物种的相对多度大于在低多样性群落中的任何一个物种的相对多度, 那么密度依赖性病原菌的攻击在高多样性群落中可能有更大的影响(图3B); (3)如果病原菌具备宿主特异性和负密度依赖性, 那么其对低多样性群落的抑制作用可能大于高多样性群落(图3C)。

大量的试验证据表明土壤病原菌驱动了积极的植物多样性-生产力关系(Maron et al, 2011; Schnitzer et al, 2011; Mommer et al, 2018; Liang et al, 2019; Wang et al, 2019; van Ruijven et al, 2020)。比较经典的例子是, Schnitzer等(2011)研究发现, 在病原菌存在的情况下, 草地植物物种多样性促进生产力, 当施加杀菌剂去除病原菌后, 尽管群落总体生产力提高, 但物种多样性的促进作用减弱。最近一项对盐沼湿地生态系统的研究也表明, 由外来植物入侵导致的土壤病原菌积累可能是影响土著植物基因型多样性-生产力关系的重要因素(Cheng et al, 2025)。这些结果表明土壤病原菌是通过负密度依赖性和宿主特异性来发挥作用。在多样化的群落中, 宿主特异性的病原菌相对多度下降, 对生产力的抑制作用降低(图3C)。

本文的其它图/表

• 图1 土壤微生物对植物多样性-生态系统功能关系的调控作用概念图。箭头表示路径。植物多样性直接影响生态系统功能(路径1); 植物多样性通过作用于土壤微生物进而影响生态系统功能(路径2); 土壤微生物介导植物多样性-生态系统功能关系(路径3)。AMF: 丛枝菌根真菌; EMF: 外生菌根真菌。
  
• 图2 菌根真菌对植物多样性-生产力关系的驱动机制概念图。黑色和白色圆圈分别代表丛枝菌根真菌共生植物物种和外生菌根真菌共生植物物种, 不同的圆圈线条类型表示不同物种, 圆圈大小代表植物物种资源利用能力的相对强弱。对于丛枝菌根真菌共生植物而言, 高植物多样性条件下, 丛枝菌根真菌主要通过促进宿主间对资源的互补利用来加强植物多样性对生产力的促进作用(A); 对于外生菌根真菌共生植物而言, 尽管宿主间存在互补利用, 但其主要通过提高特定宿主的资源利用能力来加强植物多样性-生产力关系(B); 当宿主与两种菌根真菌共存时, 以上两种作用共存(C)。