菌根策略调控人类活动对植物分布区占有的生态机制

《Journal of Plant Ecology》:Mycorrhizal strategy mediates anthropogenic impacts on plant range filling in China

【字体: 时间:2026年01月28日 来源:Journal of Plant Ecology 3.9

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  本研究针对菌根共生如何介导人类活动对植物分布区占有率的影响这一生态学难题,通过分析中国8,791种维管植物的地理分布与菌根类型数据,发现丛枝菌根(AM)植物的分布区占有率受人类足迹显著影响,而外生菌根(ECM)植物主要受非生物环境驱动。该研究为预测全球变化下生物多样性演变提供了关键理论依据。

  
在人类活动深刻改变地球生态系统的今天,植物如何响应日益加剧的人为干扰成为生态学研究的核心议题。菌根共生——这种植物根系与真菌形成的古老联盟,已知对植物养分吸收和抗逆性具有关键作用,但其能否调节植物在大尺度地理分布上对人类活动的响应,始终是未被破解的生态谜题。传统观点认为,植物分布主要受气候和土壤等非生物因素控制,然而最新研究表明,人类足迹(Human Footprint)正以前所未有的速度重塑着生物的地理分布格局。
针对这一科学空白,由中国多家科研机构组成的研究团队在《Journal of Plant Ecology》发表了开创性研究。团队构建了包含8,791种中国维管植物的地理分布数据库,结合菌根类型信息,首次系统揭示了菌根策略在介导人类活动对植物分布区占有率(Range Filling)影响中的调控作用。这项研究不仅深化了对植物-真菌互作生态功能的理解,更为预测全球变化背景下生物多样性演变提供了新范式。
关键技术方法包括:整合中国维管植物分布数据库(8,791种)、菌根类型鉴定(丛枝菌根AM/外生菌根ECM)、人类足迹指数空间分析、分布区占有率模型计算以及广义线性混合模型(GLMM)统计分析。
研究结果:
菌根类型与人类活动的交互效应
通过广义加性模型(GAM)分析发现,丛枝菌根(AM)植物的分布区占有率与人类足迹呈现显著非线性关系。具体表现为:人类活动强度每增加一个单位,狭域分布AM植物的分布区占有率下降达15.3%,而广布种反而提升7.8%。这种截然相反的响应模式揭示了人类活动对植物分布影响的生态过滤效应。
空间尺度依赖性规律
空间变异分区分析表明,在区域尺度(200km×200km)上,AM植物分布主要受人类活动强度调控(解释方差达42%),而ECM植物分布则与年降水量(MAP)和年均温(MAT)等气候因子显著相关。这种尺度依赖特征说明菌根类型决定了植物响应环境变化的主要驱动力。
系统发育信号检测
基于Blomberg's K系统发育信号分析显示,AM植物对人类活动的响应强度具有显著的系统发育保守性(K=0.32, p<0.01),而ECM植物的响应模式在亲缘物种间呈现较大变异。这表明AM植物的响应策略可能受深层进化历史约束。
讨论与结论:
本研究首次从大尺度地理格局角度证实,菌根类型是预测植物对人类活动响应的关键功能性状。丛枝菌根(AM)植物通过增强养分吸收效率,使其在人类干扰生境中具备竞争优势,但这种优势存在明显的物种特异性——广布种能有效利用人为干扰创造的生态位,而狭域种因适应性限制遭受更大生存压力。相反,外生菌根(ECM)植物对非生物环境的依赖性,可能使其在未来气候变化背景下面临更大风险。
该研究的创新性在于将微生物共生理论整合到宏观生态学框架中,揭示了地下真菌网络对地上植物分布格局的调控作用。研究结果对制定基于菌根功能的生物保护策略具有重要指导意义:针对AM植物应重点调控人为干扰强度,而ECM植物保护更需关注气候变化应对。这项研究为构建包含植物-微生物互作的生物地理学新理论奠定了坚实基础。
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