近日，北京大学宏观生态学课题组在Ecology letters发表了题为“Global patterns and drivers of plant–soil microbe interactions”的研究论文。该研究评估了植物-土壤反馈强度的纬度梯度格局及气候对植物-土壤反馈强度的影响，进一步探究了其在植物生活型（木本 vs. 草本）和实验环境（室内实验 vs. 野外实验）间的差异。北京大学王志恒教授为文章的通讯作者，博士后姜峰是文章的第一作者，萨斯喀彻温大学的Jonathan Bennett，休斯敦大学的Kerri Crawford，Heinz Sielmann基金会的Johannes Heinze及课题组博士后濮旭才、博士生罗奥参与了该研究。
研究背景
理解物种多样性的维持机制一直是生态学研究的核心问题。最近研究指出植物与土壤微生物之间的相互作用（植物-土壤反馈，plant-soil feedback, PSF）对维持植物群落多样性尤为重要。虽然过去30年的实验研究很好地评估了PSF对物种多度、植物入侵、群落演替和物种多样性等的影响，目前仍缺乏对PSF强度的全球格局及其驱动力的评估。PSF的纬度梯度格局评估能够检验Janzen-Connell效应这一重要的生态学假说对物种多样性维持机制的解释能力，PSF格局环境驱动力的评估有助于预测气候变化对物种共存和多样性的影响。
研究方法
本研究通过Web of Science、中国知网、谷歌学术等多个数据库，构建了目前为止全球最大的PSF数据库。该数据库包括202篇研究中的5969个实验观测数据。基于该数据库，本研究首先系统性地评估了植物属性（木本vs.非木本和本地种vs.非本地种）和多个实验设置方式对PSF的影响，然后利用回归分析评估了PSF的纬度梯度格局，以及年均温、年降水和干旱指数对PSF的影响。
主要内容
PSF在木本和非木本植物间存在显著差异，木本植物具有中性的PSF，而非木本植物具有更负的PSF（图1）。PSF在本地和非本地种间存在显著差异，本地种具有负的PSF，而非本地种具有正的PSF（图2a）；PSF在控制-处理方法间（其他物种土壤vs.杀菌土）、生物量定量方式间（总生物量vs.地上生物量）不存在显著差异（图2a）。在土壤培养阶段，土壤培养环境间（室内vs.野外）不存在显著差异，土壤培养的植物群落组成间（单一种vs.混和种）存在显著差异，单一种培养的土壤显示出更负的PSF（图2b）。在植物反馈阶段，实验环境间（室内vs.野外）存在显著差异，野外环境下显示出更负的PSF；土壤接种方法间（部分接种vs.所有土壤接种）存在显著差异，利用所有土壤接种显示出更负的PSF；栽种的植物群落类型间（单个植物个体vs.有竞争者出现）也存在显著差异，有竞争者混种时显示出更负的PSF（图2c）。
木本植物的PSF与纬度不存在显著关系，而非木本植物的PSF随纬度升高而下降，也即在更高的纬度显示出更负的PSF（图3a-c）；木本植物和非木本植物在更干旱的环境中均显示出更正的PSF（图3d-f）。纬度、气候与PSF的关系在室内和野外环境下显示出一致的格局（图3）。
本研究通过评估PSF的纬度梯度格局和气候驱动力，发现PSF的纬度梯度格局与Janzen-Connell假说并不一致，因此本文建议应该谨慎使用PSF解释物种多样性的纬度梯度格局；干旱与PSF的一致性关系说明，水分可能通过调节植物-土壤微生物间的相互作用影响物种共存和群落多样性。
图1. 取样点分布（a）、实验环境（野外实验和室内实验）的划分方式（b）和PSF在木本和非木本物种间的差异（c）。
图2. 物种来源和方法（a）、培养阶段（b）和反馈阶段（c）的实验设置方式对植物-土壤反馈的影响。
图3. 植物-土壤反馈和纬度、干旱指数的关系。图中仅展示显著关系的拟合线。
致谢
该工作得到了国家自然科学基金（32125026和31988102）、国家重点研发计划（2022YFF0802300）的支持。本研究对无私贡献原始数据的科学家表示感谢。
作者简介
姜峰，北京大学城市与环境学院宏观生态组博士后，2021年博士毕业于东北林业大学，2019-2021年加拿大多伦多大学联合培养，主要研究方向为植物多样性维持机制和功能生态学，目前以第一作者在Ecology letters，Ecology，Journal of Ecology，Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences，Oecologia等期刊上发表9篇论文。