真菌群落多样性通过独特种间互作调控分解活性的机制研究

《Functional Ecology》：Unique species interactions determine the decomposition activity of fungal communities

本研究通过合成群落（SynComs）实验，揭示了真菌多样性对有机物分解的非线性促进作用。在复杂基质（如凋落物）中，4物种群落的分解率最高，其协同效应源于功能互补（functional complementarity）和资源分配（resource partitioning）；而在均质基质（如纤维素）中，竞争效应占主导。多样性-互作（DI）模型表明，种间互作（species interactions）是预测碳（C）循环功能的关键，单一物种性状无法准确推断群落水平功能。研究为土壤碳储存和农业管理提供了微生物互作新视角。

　　

研究背景

碳（C）循环是陆地生态系统的核心过程，其中凋落物分解主要由真菌群落驱动。尽管真菌演替和分解过程在森林生态系统中已有深入研究，但农业土壤中真菌的群落动态和种间互作机制尚不明确。本研究通过构建合成真菌群落（SynComs），系统探讨了多样性、物种互作和基质复杂性对分解过程的影响。

研究方法

从德国波恩农业土壤中分离的13种腐生真菌（子囊菌门和毛霉门）被用于实验。根据预实验的分解能力（弱分解者：<20%干物质降解；强分解者：>35%降解），将其分为两类功能群（functional groups）。实验采用两种碳源：异质性玉米凋落物和均质性纤维素滤纸。通过微宇宙培养系统，设置了多样性梯度（1、2、4、6物种）和功能群组合（纯弱/强分解者群落），测量了4周内的质量损失、CO₂呼吸和菌丝长度。

主要发现

1. 1.
   多样性效应：凋落物分解率随物种丰富度增加呈非线性上升，4物种群落的分解率最高（37.7%），6物种群落略有下降（35.0%）。CO₂呼吸模式与分解率一致，但菌丝长度和菌丝生产效率（HPE）无显著差异。
2. 2.
   基质调控作用：在凋落物中，弱分解者群落的分解率在多样性增加时可达到强分解者水平；而在纤维素基质中，强分解者始终显著优于弱分解者。这表明异质基质更易引发功能互补。
3. 3.
   互作模式分析：多样性-互作（DI）模型显示，全配对模型（FULL）最能预测分解率（R²=0.72-0.87）。凋落物分解以正向互作为主（如CunEl×IlySp互作值达88.59），而纤维素分解中出现了负互作（如IlySp×ChaSp互作值-36.79）。
4. 4.
   功能群动态：弱分解者群落在凋落物中表现出更强的正向互作（最高65.33），而强分解者互作强度较低且均匀。这表明功能相似物种间仍存在协同效应。

讨论与结论

研究证实了真菌多样性对分解的促进作用存在饱和度效应，超过4物种后可能因竞争加剧而收益递减。基质复杂性通过资源分配和促进效应调控种间互作方向。DI模型强调，群落功能无法从单一物种性状简单外推，必须考虑独特的配对互作。该研究为土壤碳循环模型提供了微生物互作参数，对农业土壤管理和碳封存具有启示意义。未来研究需纳入更高多样性及担子菌等关键类群，以更全面揭示自然群落中的互作网络。