Journal of Ecology |刘宇教授研究团队揭示局域同种密度如何影响“物种多度与植物—土壤反馈”关系

植物—土壤反馈（PSF）被广泛视为调控物种多度格局、促进常见种与稀有种共存的关键生态机制。然而，关于“物种多度与PSF强度关系（SAPR）”的既有研究结论存在明显分歧。部分研究发现稀有种承受更强的负PSF，而另一些研究则报告相反趋势（即稀有种因密度低表现出较弱或中性的负反馈）。

针对这一科学问题，华东师范大学生态与环境科学学院浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站刘宇研究团队在概念上将植物幼苗受到的PSF分解为 PSF₁（由焦点同种个体，如母树引起）与 PSF₂（由同种临体引起）两个组分，并据此在百山祖开展温室盆栽控制实验：共选取14种典型亚热带常绿阔叶树种，分别接种来源于高同种密度、低同种密度及无同种个体分布区域的土壤样品，结合高通量测序技术，系统解析细根组织及根际土壤中真菌病原体群落的组成与结构特征。

图 1：本研究提出的理论框架。该框架将植物–土壤反馈（PSF）分解为 PSF₁（物种本身防御差异导致的效应）与 PSF₂（同种临体密度差异导致的效应）两个组分，并纳入局域同种密度，以期调和以往“物种多度–植物–土壤反馈（SAPR）”研究中存在的结论分歧。

该研究揭示了一个密度依赖的关键规律：物种多度与PSF之间呈显著负相关，但该关系仅在土壤采自同种个体密度较高的区域时成立，即常见种所承受的负PSF强度显著强于稀有种；而当土壤来源于同种个体密度均较低的区域时，物种多度与PSF强度无显著相关关系。这一发现表明，局域尺度上的同种密度是决定“物种多度–PSF关系”能否显现的核心前提条件。

在机制层面，细根及根际土壤中真菌病原体的多样性是驱动上述格局形成的主导因子。结构方程模型进一步厘清了完整的因果路径：土壤采集地的同种密度通过调控根际病原体多样性，进而影响幼苗所经历的PSF强度，从而构建起“局域同种密度→根际病原体多样性→PSF强度”这一可检验、具有机制可解释性的因果线条。

图2：高/低同种密度下 PSF 与物种多度的关系。PSF正值表明植物在接种同种土壤的基质中生长更好，而负值则表明在接种异种土壤的基质中表现更优。

图3：分段结构方程模型（pSEM）图示了土壤采样区局部种内密度对幼苗植物-土壤反馈（PSF）强度的影响，该影响由根系相关土壤及细根组织中的病原体多样性介导。

该研究指出，以往 SAPR 研究的分歧主要源于对局域物种密度的忽视，以及对不同生态过程的混淆。研究进一步发现，“稀有种优势”在 PSF 框架下具有尺度依赖性。当常见种在局域以更高密度出现时，密度依赖的负反馈可为稀有种提供相对优势，从而促进局域共存。这一发现为阐释亚热带森林高生物多样性维持机制提供了新的实验证据支持。

相关研究成果以“Local conspecific density affects the relationship between species abundance and plant-soil feedback in a subtropical forest”为题发表于Journal of Ecology。华东师范大学已毕业博士生戴冬为论文第一作者（现为中山大学生态学院博士后），刘宇教授与中山大学梁敏霞教授为共同通讯作者。合作者还包括华东师范大学博士研究生杨佳绒，以及中山大学博士研究生冯赣鑫。本研究得到国家自然科学基金（32071645、32471606 和32471613）及百山祖国家公园科研项目（2022JBGS04 和2023JBGS06）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.70463

图文、来源 |刘宇教授科研团队