【警示!氣候變化威脅隱藏真菌網,或使森林變脆弱】未來,世界植物群對地下群落的依賴可能會像地上群落一樣多,甚至更多。在90%的植物下面,存在著一個看不見的支持系統——地下的真菌夥伴,形成了連接植物的絲狀網路,並將營養和水帶到其根部。作為回報,植物為真菌提供穩定的碳供應。現在,研究人員發現,這些隱藏的夥伴可以影響生態系統對氣候變化的反應。

根據8月初美國生態學會在線年會上的一項研究報告,適宜的真菌夥伴可幫助植物在更溫暖、乾燥的環境生存。會上其他研究表明,氣候變化也會破壞這些「菌根真菌」,從而加速其宿主植物的死亡。德國柏林自由大學的生態學家Matthias Rillig說:「情況越來越清楚,我們不能忽視菌根真菌對氣候變化的反應。」

這些真菌有兩種形式。叢枝菌根(AM)在熱帶和一些溫帶森林以及田野和草地中很常見,它侵入根細胞並將稱為菌絲的細毛延伸到土壤中。相比之下,外生菌根(EM)真菌與針葉樹、橡樹、山核桃、榿木和山毛櫸有關。它們生長在根系的外面,其菌絲網路會形成蘑菇,突然在潮濕的森林地面上冒出來。

這兩種類型都能吸收磷和其他營養物質,從腐爛的有機物中吸收氮,並有助於在土壤中儲存碳。「因為它們對植物生產力的重要性,菌根群落可以說是陸地生態系統中最重要的共生體。」美國明尼蘇達大學的土壤生態學家Christopher Fernandez說。

但氣候變化可能會改變這些聯繫。Fernandez的研究是B4WARMED(交錯帶上處於危險中的北方變暖森林)項目的一部分,該項目旨在監測氣候變暖和乾燥對橫跨北緯地區的北方森林的影響。該研究還人為地使森林變暖和變干,Fernandez通過對土壤和根系樣本進行測序,模擬了氣候變化對隱藏的真菌的影響。

Fernandez在會上報告說,隨著環境變得更加溫暖和乾燥,EM真菌的多樣性下降,「雜草」EM真菌將取而代之。這些「雜草」不會投入大量的精力建立廣泛的地下網路,導致它們的連接中斷。如果隨著氣候變化同樣的破壞發生,與真菌建立關鍵的夥伴關係將會更少,這可能會剝奪樹木的營養。

「B4WARMED的結果表明,未來地面和地下群落都可能發生一些重大變化。」紐西蘭坎特伯雷大學的生態學家Sarah Sapsford說,「我們現在看到的,以後可能再也看不到了。」

另一個不同的生態系統——美國西南部的松樹林——表明,菌根的現有變異也會影響樹木的複原能力。幾十年前,一場飛蛾的肆虐使生長在亞利桑那州日落火山口國家紀念碑附近的一些松果發育不良。受創嚴重的樹木與它們較高的鄰居有不同的EM真菌,表明這兩種樹木可能在基因上有所不同。

2002年和2003年,當一場大風暴襲擊該地區時,高樹死亡的數量是前者的兩倍。為了觀察菌根是否會產生影響,北亞利桑那大學弗拉格斯塔夫分校的生態學家Catherine Gehring和同事在溫室中以不同的澆灌方式,從帶有和不帶有真菌的兩種植物中培育了幼苗。

Gehring和同事正與當地研究人員一起在離日落隕石坑不遠的納瓦霍民族重新種植松樹,應用學到的知識。樹木之間的遺傳差異似乎決定了兩組EM真菌中的哪一組會在它們身上「殖民」,研究小組小心翼翼地種植具有正確基因型的幼苗,以吸引抗旱真菌。Gehring說,這「在乾旱時期可能意味著生與死的區別」。

第三項研究表明,菌根不僅可以影響樹木,還會影響整個生態系統對環境變化的反應。由於AM和EM真菌與不同的樹種有關,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的生態學家Colin Averill想知道,真菌本身是否有助於確定在一個特定地區生長的是哪種森林。

早期的研究人員對此持懷疑態度,Averill和同事從美國林務局的大量數據中尋找證據,這些數據記錄了美國東部6965片森林中每棵比樹苗大的樹的物種、生長和死亡情況。他們發現,許多地塊要麼以AM相關的樹種佔主導地位,要麼以EM相關的樹種佔主導地位;兩者兼而有之比較少見。

統計分析發現,真菌是造成這一嚴重分裂的關鍵。研究人員發現了一個可能的原因:佔主導地位的菌根可以幫助森林保持穩定狀態。每5年對每個地塊的樹木進行測量,結果顯示AM樹在AM森林中生根的可能性是EM森林的至少10倍,存活的可能性是EM森林的兩倍。與此同時,EM樹在EM森林中更容易茁壯成長。

真菌可以通過改變土壤以使其有利於特定物種的方式來加強其壟斷地位,例如控制土壤中的氮含量。一個更成熟的真菌網路也可以幫助小樹忍受干擾光合作用的濃密陰影,或者幫助老樹抵禦乾旱或疾病。「如果你是一個EM樹,你可以接入一個EM網路,這可以幫助你生存。」Averill說。

這些真菌的控制可能會減緩森林對氣候變化等外部壓力的反應。Averill說,與AM有關聯的樹木在更熱的溫度下生存得更好,但是隨著氣候變暖,它們在EM主導的森林中生長的速度可能比預期的要慢。「當我們試圖預測未來全球森林系統將如何變化時,這些類型的動態可能變得非常重要。」http://t.cn/A64ZRxNv

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