土壤真菌多样性调控植物多样性与生态系统多功能性关系的缓冲机制研究

本研究针对全球变化背景下真菌多样性丧失如何影响植物多样性与生态系统多功能性关系这一关键科学问题，通过190个实验植物群落的多功能评估，首次揭示了土壤真菌通过功能冗余和选择效应缓冲植物多样性丧失的生态机制。研究发现真菌多样性仅在低植物多样性群落中显著影响多功能性，而高多样性植物群落通过促进真菌系统发育聚类维持功能冗余。该成果为生物多样性保护提供了多营养级互作的新视角，发表于《Nature Communications》。

　　

在全球生物多样性持续丧失的背景下，植物多样性与生态系统功能的关系一直是生态学研究的核心命题。然而，作为地下生物多样性的关键组分，土壤真菌如何调控这种关系却长期存在认知空白。更令人担忧的是，气候变化和农业活动正导致全球土壤真菌多样性急剧下降，这种"看不见的灭绝"可能通过破坏植物-真菌互作网络威胁生态系统服务的持续供给。特别是在海岸带等环境胁迫强烈的生态系统中，低植物多样性系统是否具备应对真菌多样性丧失的缓冲能力，成为关系生态系统稳定性的重大科学问题。

山东大学的研究团队通过创新的多营养级控制实验，在《Nature Communications》发表了突破性研究成果。研究设计了190个实验植物群落，涵盖5个植物多样性梯度（1-8种）与真菌多样性调控（杀菌剂处理）的双因素实验，系统测量了10项生态系统功能指标。运用高通量测序、系统发育分析和多功能性量化模型，首次揭示了土壤真菌通过功能冗余和选择效应的双重机制缓冲植物多样性丧失的生态过程。

关键技术方法包括：1）建立植物多样性梯度（1/2/4/6/8种）与杀菌剂处理的190个群落实验体系；2）整合平均法和多阈值法量化生态系统多功能性；3）采用ITS高通量测序和qPCR分析真菌群落；4）运用FastTree构建真菌系统发育树并计算最近分类单元指数（NTI）；5）通过随机森林分析识别关键功能菌群。

【结果部分】
"Fungicide reduced soil fungal diversity but not fungal abundance"：杀菌剂处理使真菌Chao1指数降低21%，但未改变真菌丰度（qPCR检测）。值得注意的是，处理显著改变了植物群落组成，使非菌根植物碱蓬（Suaeda spp.）相对丰度最高增加164%。

"Fungicide influenced the positive relationship between plant species richness and ecosystem multifunctionality"：如图2所示，杀菌剂处理使低多样性（1-2种）群落多功能性降低10-11%，但在高多样性群落中无显著影响，强化了植物多样性与多功能性的正相关（R²=0.13 vs. 对照R²<0.01）。

"Fungicide altered associations among ecosystem functions"：主成分分析显示，杀菌剂处理促进生态系统功能间的协同效应（PC1解释率61% vs. 对照25%），这种"功能耦合"主要源于植物性状相关功能（生产力、冠层截留）与真菌介导功能（凋落物分解、微生物量）的补偿关系。

"Fungicide maintained positive effects of plant species richness on soil fungal diversity and phylogenetic clustering"：高植物多样性促进真菌系统发育聚类（NTI增加），这种功能冗余使杀菌剂处理群落仍保持较高多功能性。随机森林分析鉴定出Magnaporthales和Filobasidiales等关键功能菌群。

【结论与意义】
该研究建立了植物-真菌多样性互作调控生态系统多功能性的新范式：1）验证了"真菌缓冲假说"——高植物多样性通过促进真菌系统发育聚类（功能冗余）和选择效应（优势种贡献）抵消真菌多样性丧失的影响；2）揭示低多样性系统对真菌丧失更敏感，为海岸带等脆弱生态系统的保护提供理论依据；3）发展出整合系统发育生态学与多功能性理论的研究框架。研究强调在全球变化背景下，必须实施涵盖地上-地下生物多样性的协同保护策略，特别是在植物多样性本底较低的生态系统中，真菌多样性的保育对维持生态系统服务具有不可替代的作用。