Nature子刊 | 福建师大黄志群教授等通过Meta分析阐明植物多样性与微生物量和微生物呼吸的正相关关系
推荐：江舜尧
编译：微土壤
编辑：江舜尧
福建师范大学黄志群教授团队等于2019年3月22日在Nature Communications上发表题目Meta-analysis shows positive effects of plant diversity on microbial biomass and respiration的文章。该研究基于目前已发表的106项研究数据，通过不同模型拟合，探究了植物多样性与微生物量之间的相关性，揭示了植物多样性在维持地下生态系统功能方面的重要性。
研究摘要
土壤微生物是陆地生态系统中生物多样性和许多生态系统过程的关键。目前植物多样性的降低令人震惊，但尚不清楚植物物种多样性是如何影响土壤微生物。本研究通过Meta分析对已发表的106项研究中的植物混合物以及单一栽培进行对比研究。通过研究发现，微生物生物量、细菌生物量、真菌生物量、真菌与细菌的比率以及微生物呼吸作用随着植物混合物效应的增加而增加，而革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的比率则下降。微生物生物量和微生物呼吸的增加在老林以及更加多样化的混合物中更为明显。植物混合物对所有微生物属性的影响在不同的生态系统类型中是一致的，包括天然林、人工草地、农田和人工试验。基于以上研究强调了全球陆地生态系统中植物多样性与土壤微生物之间的密切关系。
通过研究发现，植物多样性增加了在不同范围的陆地生态系统中土壤微生物的生物量。这一结果将从12项草地研究中得到的结果扩展到各种不同的生态系统类型（在所有生态系统类型中，与单一栽培相比，植物混合物效应的土壤微生物总生物量平均增加了12.5%，细菌生物量平均增加了5.2%；真菌生物量平均增加了10.9%）。此外，植物多样性对微生物生物量的影响随着物种丰富度的增加而呈对数增长，这与植物群落的多样性-生产力关系模式是一致的。基于全球数据表明，由于较高的生产力导致更多的碳和养分以混合物的形式进入土壤，从而使细菌和真菌的丰度随着植物物种多样性的增加而增加。而革兰氏阳性菌（G+）与革兰氏阴性菌（G-）的比例、微生物C/N比和代谢熵对植物混合物的响应不显著。随着植物物种丰富度的增加，显著增加了对微生物生物量、细菌生物量、真菌生物量和微生物呼吸作用的影响。对G+：G−比例的影响程度随物种丰富度的增加而减小。对微生物生物量和呼吸作用的影响程度随林龄的增加而增大，而对真菌/细菌比例的影响程度则随着林龄的增加而减小。随着物种丰富度的增加，微生物生物量和呼吸作用的增加在老林中更为显著，但其他微生物属性的增加则不显著。不同生态系统类型（包括天然林、人工草地、农田和人工试验）对微生物属性的混合效应差异不显著。在自然气候（森林和草原）下进行的研究中，除微生物呼吸作用外，微生物属性对植物混合物的响应与研究地点的年平均温度和干旱指数均无显著变化。在较冷的气候条件下，植物混合物的平均效应和混合物中物种丰富度对微生物呼吸的影响都更为显著。
根据拟合的物种丰富度-林龄相关响应预测，植物物种丰富度在一年内下降10%（从100%到90%），微生物生物量和微生物呼吸将减少5%。在一年内，植物物种丰富度下降40%（从100%降至60%），导致微生物生物量和微生物呼吸将减少20%。随着林龄的延长，植物丰富度降低，微生物生物量和呼吸作用的下降幅度增大。例如，植物物种丰富度在五年内下降10%（从100%降至90%），导致微生物生物量减少16%。
文中主要图片说明
图1 Meta分析中研究地点的全球分布
（图片来自Nature Communications）
洋红色、紫色、绿色和深绿色点表示在农田、草地、人工林和天然林的研究地点。源数据作为源数据文件提供。
图2 植物混合物和单株土壤微生物特性的比较
（图片来自Nature Communications）
这种效应代表了一个特定微生物属性在物种丰富度和混交林平均年龄上相对于相应的单种群平均值的增减(%)。平均为95%置信区间为植物混合物与单株间的百分比效应。观察的数量显示在每个属性旁边，括号中存在研究的数量。G+：G−代表革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌生物量比。
图3 基于植物物种丰富度与林龄探究植物混合物对微生物特性的影响
（图片来自Nature Communications）
a混合物中的植物物种丰富度；b代表林龄（年）。这些效应代表了物种丰富度在混合林分和林龄中的估计系数。G+：G−代表革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌生物量比。
图4混交林中植物物种丰富度和林龄对微生物属性的交互影响
（图片来自Nature Communications）
a代表微生物数量，b代表微生物呼吸。线性拟合与年龄相关的回归，阴影代表95%的置信区间。深绿色、品红色、蓝色和黑色线条分别代表林龄为1、5、10和20年，其中所有数据均为的林龄的平均年龄。
图5 微生物属性对一系列植物物种丰富度降低的预测响应
（图片来自Nature Communications）
a代表微生物数量，b代表微生物呼吸。黄、橙、红、暗红线表示植物物种丰富度分别降低了10%、20%、40%和80%。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-09258-y.pdf
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