具有战略意义且种类多样的土壤微生物：揭示不同海拔地区植物多样性与生产力之间关系的地下调控机制

《CATENA》：Strategic and diversified soil microbes: Unraveling the belowground control of plant multidiversity-productivity relationships across elevation

BEF关系多维植物与微生物多样性及生命策略的调控机制研究，揭示温带山地森林中植物多维多样性（物种、功能、系统发育）显著促进地上生物量（AGB），尤其在低海拔；细菌多样性及r/K策略（如O/C比值）在不同海拔调节植物多样性对AGB的影响，真菌作用较弱。海拔通过改变植物多样性、土壤养分和微生物群落间接影响AGB，证实环境梯度下BEF关系的复杂性。

　　本研究探讨了植物和土壤微生物的多维生物多样性如何共同影响温带山地森林中地上生物量（AGB）的分布。研究团队通过对中国中部秦岭山脉的梯度调查，发现植物的分类、功能和系统发育多样性对AGB具有显著的正向促进作用，尤其是在低海拔地区，这种作用主要由互补效应驱动。而高海拔地区则呈现出相反的趋势，植物的某些保守性特征（如木质部密度和叶片磷浓度）与AGB呈负相关，这主要归因于选择效应的主导作用。同时，土壤细菌的功能和系统发育多样性在高海拔地区对保守性植物特征的负面影响起到了增强作用，而在低海拔地区则强化了植物多样性对AGB的正向作用。此外，研究还发现，r-策略细菌（如变形菌门）在低海拔地区增强了互补效应，而在高海拔地区缓解了选择效应。这些结果表明，植物的多维生物多样性在生态系统功能中起着核心作用，而微生物的多维多样性和生命策略则在不同环境梯度下发挥着调节作用。

植物多样性对AGB的影响主要体现在其分类和系统发育维度上，尤其是在低海拔地区，由于环境条件较为温和，资源丰富，植物之间的功能差异和系统发育距离有助于提高资源利用效率，从而促进地上生物量的积累。然而，随着海拔升高，环境压力增加，资源变得稀缺，此时植物的保守性特征变得更加重要，这些特征通常与高生存能力相关，但可能牺牲了生产力。研究结果支持了“压力梯度假说”，即随着环境压力的增加，生物多样性对生态系统功能的影响方式会发生变化，互补效应会被选择效应所取代。

土壤微生物的多样性及其生命策略在调节植物多样性与AGB之间的关系中扮演了关键角色。在低海拔地区，细菌的多样性（包括分类、功能和系统发育维度）增强了植物多样性对AGB的正向影响，这可能是由于微生物通过提高养分循环效率，促进了植物对不同资源的利用。而在高海拔地区，土壤细菌的功能和系统发育多样性反而加强了保守性植物特征对AGB的抑制作用，这可能是因为微生物在资源有限的环境中无法有效支持高生产力植物的生长。此外，研究发现，r-策略细菌在低海拔地区有助于增强互补效应，而在高海拔地区则可能减少选择效应的影响。这种变化反映了微生物在不同环境条件下的适应性差异，即在资源丰富的环境中，r-策略微生物可能通过快速分解有机质和释放养分来促进植物生长，而在资源稀缺的环境中，它们可能无法有效支持植物的生长，从而削弱了选择效应。

相比之下，真菌的多样性及其生命策略对AGB的影响较为有限。这可能是因为真菌在生态系统中的响应速度较慢，或者其根系分布较深，与地表植被生产力之间的联系不够紧密。此外，真菌在不同海拔梯度下的功能冗余或组成稳定性也可能降低了其对AGB变化的解释能力。尽管如此，真菌在某些研究中被认为对植物养分获取和抗逆性具有重要作用，这表明其在生态系统中的角色可能因环境条件的不同而有所变化。

研究还发现，海拔梯度通过影响植物多样性、土壤养分可用性和微生物群落结构，间接调节AGB的积累。这一发现强调了海拔作为多重环境过滤因子的作用，它通过改变生物群落的组成和资源动态，对生态系统功能产生深远影响。此外，研究结果表明，微生物的多样性及其生命策略在不同环境条件下对植物多样性与AGB之间的关系具有调节作用，而不是直接驱动AGB的变化。这种调节作用可能是由于微生物与植物之间的复杂相互作用，包括养分循环、微生物群落组成变化以及植物-微生物反馈机制。

总体而言，本研究揭示了植物和土壤微生物在不同海拔梯度下对生态系统功能的协同和调节作用。植物的多维生物多样性在低海拔地区发挥着主导作用，而在高海拔地区，土壤微生物的多样性及其生命策略则对植物多样性与AGB之间的关系产生显著影响。这些发现为理解生态系统功能如何在不同环境条件下受到生物多样性的影响提供了新的视角，并强调了在环境变化背景下，综合考虑植物和微生物的多维特征对于预测生态系统功能的重要性。未来的研究应进一步探讨微生物的功能性特征、土壤生物地球化学过程以及长期的植物-微生物反馈如何与植物多样性相互作用，以维持生态系统功能的稳定性。