近日，北京大學(xué)宏觀生態(tài)學(xué)課題組在Ecology letters發(fā)表了題為“Global patterns and drivers of plant–soil microbe interactions”的研究論文。該研究評估了植物-土壤反饋強(qiáng)度的緯度梯度格局及氣候?qū)χ参?土壤反饋強(qiáng)度的影響，進(jìn)一步探究了其在植物生活型（木本 vs. 草本）和實(shí)驗(yàn)環(huán)境（室內(nèi)實(shí)驗(yàn) vs. 野外實(shí)驗(yàn)）間的差異。北京大學(xué)王志恒教授為文章的通訊作者，博士后姜峰是文章的第一作者，薩斯喀徹溫大學(xué)的Jonathan Bennett，休斯敦大學(xué)的Kerri Crawford，Heinz Sielmann基金會(huì)的Johannes Heinze及課題組博士后濮旭才、博士生羅奧參與了該研究。

研究背景

理解物種多樣性的維持機(jī)制一直是生態(tài)學(xué)研究的核心問題。最近研究指出植物與土壤微生物之間的相互作用（植物-土壤反饋，plant-soil feedback, PSF）對維持植物群落多樣性尤為重要。雖然過去30年的實(shí)驗(yàn)研究很好地評估了PSF對物種多度、植物入侵、群落演替和物種多樣性等的影響，目前仍缺乏對PSF強(qiáng)度的全球格局及其驅(qū)動(dòng)力的評估。PSF的緯度梯度格局評估能夠檢驗(yàn)Janzen-Connell效應(yīng)這一重要的生態(tài)學(xué)假說對物種多樣性維持機(jī)制的解釋能力，PSF格局環(huán)境驅(qū)動(dòng)力的評估有助于預(yù)測氣候變化對物種共存和多樣性的影響。

研究方法

本研究通過Web of Science、中國知網(wǎng)、谷歌學(xué)術(shù)等多個(gè)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建了目前為止全球最大的PSF數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包括202篇研究中的5969個(gè)實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)。基于該數(shù)據(jù)庫，本研究首先系統(tǒng)性地評估了植物屬性（木本vs.非木本和本地種vs.非本地種）和多個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置方式對PSF的影響，然后利用回歸分析評估了PSF的緯度梯度格局，以及年均溫、年降水和干旱指數(shù)對PSF的影響。

主要內(nèi)容

PSF在木本和非木本植物間存在顯著差異，木本植物具有中性的PSF，而非木本植物具有更負(fù)的PSF（圖1）。PSF在本地和非本地種間存在顯著差異，本地種具有負(fù)的PSF，而非本地種具有正的PSF（圖2a）；PSF在控制-處理方法間（其他物種土壤vs.殺菌土）、生物量定量方式間（總生物量vs.地上生物量）不存在顯著差異（圖2a）。在土壤培養(yǎng)階段，土壤培養(yǎng)環(huán)境間（室內(nèi)vs.野外）不存在顯著差異，土壤培養(yǎng)的植物群落組成間（單一種vs.混和種）存在顯著差異，單一種培養(yǎng)的土壤顯示出更負(fù)的PSF（圖2b）。在植物反饋階段，實(shí)驗(yàn)環(huán)境間（室內(nèi)vs.野外）存在顯著差異，野外環(huán)境下顯示出更負(fù)的PSF；土壤接種方法間（部分接種vs.所有土壤接種）存在顯著差異，利用所有土壤接種顯示出更負(fù)的PSF；栽種的植物群落類型間（單個(gè)植物個(gè)體vs.有競爭者出現(xiàn)）也存在顯著差異，有競爭者混種時(shí)顯示出更負(fù)的PSF（圖2c）。

木本植物的PSF與緯度不存在顯著關(guān)系，而非木本植物的PSF隨緯度升高而下降，也即在更高的緯度顯示出更負(fù)的PSF（圖3a-c）；木本植物和非木本植物在更干旱的環(huán)境中均顯示出更正的PSF（圖3d-f）。緯度、氣候與PSF的關(guān)系在室內(nèi)和野外環(huán)境下顯示出一致的格局（圖3）。

本研究通過評估PSF的緯度梯度格局和氣候驅(qū)動(dòng)力，發(fā)現(xiàn)PSF的緯度梯度格局與Janzen-Connell假說并不一致，因此本文建議應(yīng)該謹(jǐn)慎使用PSF解釋物種多樣性的緯度梯度格局；干旱與PSF的一致性關(guān)系說明，水分可能通過調(diào)節(jié)植物-土壤微生物間的相互作用影響物種共存和群落多樣性。

圖1. 取樣點(diǎn)分布（a）、實(shí)驗(yàn)環(huán)境（野外實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)）的劃分方式（b）和PSF在木本和非木本物種間的差異（c）。

圖2. 物種來源和方法（a）、培養(yǎng)階段（b）和反饋階段（c）的實(shí)驗(yàn)設(shè)置方式對植物-土壤反饋的影響。

圖3. 植物-土壤反饋和緯度、干旱指數(shù)的關(guān)系。圖中僅展示顯著關(guān)系的擬合線。

致謝

該工作得到了國家自然科學(xué)基金（32125026和31988102）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFF0802300）的支持。本研究對無私貢獻(xiàn)原始數(shù)據(jù)的科學(xué)家表示感謝。

作者簡介

姜峰，北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院宏觀生態(tài)組博士后，2021年博士畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)，2019-2021年加拿大多倫多大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)，主要研究方向?yàn)橹参锒鄻有跃S持機(jī)制和功能生態(tài)學(xué)，目前以第一作者在Ecology letters，Ecology，Journal of Ecology，Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences，Oecologia等期刊上發(fā)表9篇論文。