气候和土地利用变化预计将共同导致北美三分之一针叶林地区的土壤真菌多样性丧失

《Global Change Biology》：Climate and Land-Use Changes Predicted to Jointly Drive Soil Fungal Diversity Losses in One-Third of North American Coniferous Forests

气候变化与土地利用变化对北美四大生物群系土壤真菌多样性的影响及空间重叠分析。通过整合两个大陆尺度的采样网络，结合物种分布模型与乡村物种-面积关系框架，研究揭示了不同排放情景下气候与土地利用对真菌群落结构和功能分化的差异化作用，提出需制定生物群系与功能群特异性保护策略。

　　土壤真菌在生态系统中扮演着至关重要的角色，它们不仅参与物质循环，还在植物生长和土壤健康中发挥关键作用。然而，随着全球气候变化和土地利用方式的转变，这些真菌正面临前所未有的威胁，其未来的生存状况和多样性变化仍然存在不确定性。这种不确定性主要源于缺乏大规模、标准化的观测数据，以及难以在相同的空间尺度上同时评估气候变化和土地利用变化对土壤真菌多样性的影响。因此，如何准确量化并比较这两类变化对真菌多样性的具体作用，成为当前研究中的一个核心挑战。

为了应对这一挑战，研究人员利用了北美大陆尺度的两个生态采样网络，收集了超过6300个土壤样本，涵盖了128个地点和超过500个样方。通过对这些样本进行分析，结合物种分布模型与“乡村物种-面积关系”（countryside species-area relationship, SAR）框架，他们评估了气候变化和土地利用变化对北美四个主要生物群系中土壤真菌多样性的影响，并识别出同时受到这两种因素影响的区域。研究还结合了共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways, SSPs）及其相关的温室气体排放情景，重点模拟了中等（SSP2–4.5）和高排放（SSP5–8.5）情景下的气候与土地利用变化趋势。

研究发现，气候变化对土壤真菌多样性的影响通常是双重的，既可能导致多样性减少，也可能带来一定的增加。尤其是在针叶林和丛枝菌根（AM）真菌中，这种影响尤为显著。而土地利用变化在中等排放情景（SSP2–4.5）下则主要导致多样性减少，特别是在阔叶混交林和外生菌根（EM）真菌中，但随着高排放情景（SSP5–8.5）中农业扩展的减少和可持续土地利用的增加，这种影响有所缓解。总体而言，气候变化和土地利用变化在不同生物群系中呈现出不同的作用模式，且对不同真菌功能群（guilds）的影响也存在差异。

研究进一步揭示了不同真菌功能群对气候变化和土地利用变化的敏感性差异。例如，AM真菌和土壤腐生真菌通常具有较窄的气候适应范围，因此对气候变化的反应更为剧烈；而EM真菌则可能对土地利用变化更为敏感，因为它们高度依赖于特定的宿主植物，而土地利用变化往往破坏这种共生关系。此外，植物病原真菌在某些情况下可能因气候变化而数量增加，这可能与它们在高温条件下的活跃性增强有关。因此，土壤真菌的多样性变化不仅受到气候变化的影响，还受到土地利用方式的显著影响，且这种影响在不同生物群系和功能群之间存在差异。

从空间分布的角度来看，研究预测在中等和高排放情景下，针叶林和草地等生物群系将面临更广泛的多样性下降，而阔叶混交林则可能在某些情况下出现多样性增加。这种空间异质性表明，气候变化和土地利用变化对土壤真菌的影响并非均匀分布，而是与区域环境、土地利用类型以及真菌的功能特性密切相关。因此，制定基于生物群系和功能群的土壤真菌保护策略，对于缓解这些变化带来的负面影响至关重要。

研究还采用了“乡村物种-面积关系”框架，将小尺度样方的多样性数据扩展到大尺度景观水平。这一方法通过计算物种在不同土地利用类型中的相对亲和力，结合物种-面积关系模型，预测了气候变化和土地利用变化对土壤真菌多样性的影响。结果显示，景观尺度上的多样性变化不仅取决于单一因素，还受到多个因素的综合影响。例如，在某些区域，土地利用变化可能导致多样性的减少，而气候变化可能在某些情况下促进多样性增加。这种复杂的相互作用表明，气候变化和土地利用变化的协同效应可能对土壤真菌产生更深远的影响。

此外，研究强调了建立大规模、标准化土壤真菌采样网络的重要性。由于当前的数据收集和分析方法存在局限性，尤其是在土地利用变化的影响评估方面，不同尺度的数据难以直接比较。因此，未来的生态研究需要更加系统和一致的方法，以确保对土壤真菌多样性的准确评估。这不仅有助于理解真菌在生态系统中的作用，也为制定有效的保护和管理策略提供了科学依据。

综上所述，本研究揭示了气候变化和土地利用变化对土壤真菌多样性的影响机制，指出这些变化可能在不同生物群系和功能群中产生不同的结果。针叶林和草地等生态系统可能面临更严重的多样性下降，而阔叶混交林则可能在某些情况下表现出多样性增加的趋势。研究还强调了不同功能群对这些变化的响应差异，以及如何通过整合多种数据和模型，提高对土壤真菌多样性变化的预测能力。这些发现不仅加深了我们对土壤真菌生态功能的理解，也为全球变化背景下的真菌保护和管理提供了重要的参考依据。