菌根对刚果盆地热带雨林中单优势种Gilbertiodendron dewevrei森林及混交林地上生物量的影响

《Scientific African》：Effect of mycorrhizae on aboveground biomass in monodominant Gilbertiodendron dewevrei and mixed species forests in a tropical rainforests of the Congo Basin

菌根共生强度对热带森林上部生物量（AGB）的影响研究。在喀麦隆Dja生物圈保护区，对比分析混合林与单优势G. dewevrei林发现：混合林AGB（389.97±64.38 t/ha）显著低于单优势林（547.57±97.05 t/ha，p=0.03），但菌根强度与AGB无显著相关性（R2<1%）。研究揭示单优势林需单独建模，菌根共生在营养贫瘠土壤中作用有限。

　　在热带森林生态系统中，树冠生物量（Aboveground Biomass, AGB）与菌根（Mycorrhizae）强度之间的关系一直存在研究空白。为了填补这一知识空白，一项研究在喀麦隆东南部的Dja生物圈保护区，对两种相邻的森林类型——混交林（Mixed Forests, F_Mx）和单一优势种森林（Monodominant Forests, F_Mono）进行了分析。研究发现，两种森林类型在菌根种类、数量以及其对AGB的影响上存在显著差异，这为理解热带森林的结构与功能提供了新的视角。

### 研究背景与意义

菌根是一种植物根系与特定真菌形成的共生关系，能够显著提高树木的生长和生态系统生产力。在某些植物属中，菌根类型（内生菌根或外生菌根）会随着植物发育阶段而变化。这种菌根的多样性与分布，通常与土壤肥力梯度有关，进而影响木质植物的多样性和树冠生物量之间的关系。然而，尽管已有大量关于菌根对生态系统功能影响的研究，其在热带森林中对AGB的具体作用仍不明确。一些研究指出，虽然菌根有助于碳储存，但并不总是与生态系统功能呈正相关。因此，本研究旨在评估菌根强度对两种不同森林类型中AGB的影响，并探讨其背后的生态机制。

Dja生物圈保护区位于喀麦隆北部，占地约5,260平方公里，属于湿润常绿森林生态系统。该区域的土壤普遍贫瘠，属于红壤和铁铝化土壤类型，其水分含量在旱季时通常高于15%，而在雨季可达30%-35%。这种土壤特性为研究菌根对树木生长的影响提供了理想条件。研究还发现，该地区的混合林中，树木直径大于或等于10厘米的树种数量较多，且其种类多样性高，而单一优势种森林则以Gilbertiodendron dewevrei（G. dewevrei）为主，该树种在混交林和单一优势种森林中都占据重要地位。G. dewevrei的主导地位可能与其特定的菌根类型有关，这种类型有助于其在土壤有机质中获取营养，从而增强其生长能力。

### 研究方法

研究采用了1公顷永久样地方法，共设置了八个样地，其中五个用于混交林，三个用于G. dewevrei单一优势种林。在每个样地中，对直径大于等于10厘米的树木进行测量，并记录其胸径（Diameter at Breast Height, DBH）。树木的根系（直径小于2毫米的细根）被采集，并根据其发育情况进行分类。每个树木的根系样本中，选取了3个个体，并对每个个体的根系进行多次观察和记录，以确保数据的准确性。

为了评估菌根强度，研究采用了一种基于菌根结构的分级方法，分为0到5级，其中0级表示无菌根结构，5级表示超过90%的根系被菌根覆盖。菌根强度（I%）通过统计根系样本中各个等级的根系数量，计算得出。具体方法为：I% = (95n5 + 70n4 + 30n3 + 5n2 + n1) / N，其中n5、n4、n3、n2、n1分别表示根系样本中被归为5级、4级、3级、2级和1级的根系数量，N为总样本数。这一方法允许研究者对菌根覆盖程度进行定量分析。

为了估算AGB，研究使用了一种基于气候的全量化方程，该方程结合了树木胸径、平均木质密度（Wood Specific Gravity, WSG）以及环境压力指数（Environmental Stress Index, E）等参数。WSG数据来源于DRYAD全球数据库，通过该数据库获取了不同树种的平均木质密度，而环境压力指数则基于温度季节性（TS）、气候水分亏缺（CWD）和降水季节性（PS）等变量计算。这些参数共同作用，影响树木的生物量估算。

### 研究结果

研究共采集了351棵树的根系样本，涵盖了149个树种、53个科和125个属。在混交林中，研究分析了290棵树的根系，涉及115个树种、35个科和96个属；而在G. dewevrei单一优势种林中，分析了61棵树的根系，包括34个树种、18个科和29个属。研究发现，在混交林中，77.39%的树种与内生菌根形成共生关系，仅有22.61%的树种未形成菌根关联。而在G. dewevrei单一优势种林中，70.59%的树种形成内生菌根，26.47%的树种未形成菌根关联，仅有2.94%的树种形成外生菌根。

进一步分析显示，混交林的AGB显著低于G. dewevrei单一优势种林。这一差异可能与菌根类型及其分布有关。尽管在混交林中，菌根强度与树冠生物量之间未发现显著相关性，但在G. dewevrei单一优势种林中，菌根强度较高，且主要以内生菌根为主。这表明，在G. dewevrei单一优势种林中，菌根可能在提高树木生长和AGB方面发挥了重要作用。

此外，研究还发现，菌根强度在不同直径等级的树木中分布不均。在混交林中，直径较小的树木根系中菌根覆盖比例较高，而在G. dewevrei单一优势种林中，菌根覆盖比例同样较高，但主要集中在较小直径的树木中。这一结果可能与树木生长阶段和土壤肥力有关。例如，较小的树木可能更依赖菌根获取养分，而较大的树木可能通过其他途径（如根系扩展）获取营养。

### 研究讨论

研究结果表明，菌根在热带森林中的作用并不总是与AGB呈正相关。在混交林中，尽管菌根覆盖比例较高，但AGB并未显著提高，这可能与树木之间的竞争有关。在混交林中，由于树种多样性高，不同树种之间可能存在资源竞争，从而限制了菌根对AGB的积极影响。相比之下，G. dewevrei单一优势种林中，由于树种单一，资源分配更加集中，菌根可能更有效地促进树木生长，从而提高AGB。

然而，菌根强度与AGB之间的关系并非绝对。在某些情况下，菌根可能促进树种多样性，但对AGB的影响则可能为负。例如，在温带和亚热带生态系统中，一些研究发现，内生菌根虽然有助于提高树种多样性，但对AGB的影响较小。这可能是因为温带森林的土壤肥力较高，树木能够通过其他方式获取养分，而菌根的作用相对有限。而在热带森林中，由于土壤贫瘠，菌根可能在促进树木生长和AGB方面发挥更为关键的作用。

研究还指出，菌根的分布与森林类型密切相关。在混交林中，菌根主要以内生菌根为主，而在G. dewevrei单一优势种林中，外生菌根的出现频率较高。这种差异可能与土壤特性、树种适应性和生态位有关。例如，G. dewevrei可能更适应外生菌根的营养获取方式，而其他树种则更依赖内生菌根。这种菌根类型的差异可能进一步影响森林的整体结构和功能。

### 研究结论

综上所述，研究发现，在Dja生物圈保护区的混交林和G. dewevrei单一优势种林中，菌根的分布和强度存在显著差异。混交林中，内生菌根占据主导地位，但其对AGB的影响较小。而在G. dewevrei单一优势种林中，菌根强度较高，且主要以内生菌根为主，这可能有助于提高树木的生长速率和AGB。此外，研究还发现，树冠生物量在两种森林类型之间存在显著差异，这可能与森林结构、树种组成以及土壤特性等多种因素有关。

因此，研究建议在估算热带森林的AGB时，应将G. dewevrei单一优势种林与混交林视为不同的生态系统类型。这不仅有助于更准确地评估AGB，还能加深对菌根在热带森林生态系统中作用的理解。此外，研究强调了菌根在热带森林中对碳储存和养分循环的重要性，指出菌根共生关系对森林结构和功能的深远影响。未来的研究应进一步探讨菌根类型与森林类型之间的关系，以及其对生态系统整体功能的影响。