eLife | 苏黎世大学研究揭示土壤微生物群落的多样性和异步性稳定了植物生态系统的功能！

生物多样性的丧失会损害生态系统和社会所依赖的服务功能。越来越多的证据表明，物种多样性的减少会减少多种生态系统功能，例如驱动营养和碳循环以及植物生产力的过程。因此生物多样性的维持对于生态系统的长期可持续发展至关重要。植物微生物群落的实验表明，物种多样性可以同时支持多种生态系统功能，因为在特定时间不对某功能起作用的植物物种可能在另一时间起作用。因此，随着时间的流逝，物种之间物种数量的异步时间波动以及对更多多样性群落的各种生态系统功能的贡献有助于整体生态系统随着时间的推移发挥更大的功能。

虽然众所周知，减少植物多样性会破坏生态系统功能的稳定，但对土壤生物多样性丧失对稳定生态系统功能的影响的了解仍然很少。大量研究表明，在集约化管理的土壤中，土壤生物多样性正在迅速下降，并且全世界四分之一的土壤现已退化，导致生物生产力降低。因此，了解土壤生物多样性丧失的后果至关重要，因为越来越多的共识认为土壤生物群落在生态系统中起着关键作用，其支持许多生态系统服务，包括粮食生产和营养循环（Nature Plants | 美国普渡大学综述在不同农业生态系统中进行精准微生物组管理的新兴策略！Nature Food | 苏黎世大学研究揭示增加土壤微生物多样性是提高作物产量的关键！）。多项研究表明，土壤微生物群落的组成和丰富程度可以预测多种生态系统功能，例如植物多样性和生产力、土壤碳同化和养分循环（eLife | 加拿大蒙特利尔大学研究揭示微生物相互作用影响群落多样性的机制！New Phytologist | 明尼苏达大学研究揭示植物和土壤微生物群落之间的适应性机制！）。然而，很少有研究将土壤微生物群落与植物群落组成和生产力的时间稳定性联系起来。土壤细菌和真菌群落的组成在短时间内具有高度动态性，并且耕作和轮作等土地管理做法进一步改变了组成的时间变化。尚未评估微生物群落中的这些时间动态是否会导致生态系统功能的时间波动，以及是否由于土壤微生物生物多样性的丧失而抑制了微生物群落动态。考虑到土壤生物多样性支持许多生态系统功能，因此假设更大的土壤生物多样性还将随着时间的推移保持更大和更少可变的生态系统功能，从而稳定多种生态系统功能。因此，科研人员预测，在不同的土壤微生物群落中，分类单元间的时间异步性应与多种生态系统功能中更大的时间稳定性有关。

近日，权威学术期刊eLife发表了瑞士苏黎世大学Marcel GA van der Heijden教授团队的最新相关研究成果，题为Diversity and asynchrony in soil microbial communities stabilizes ecosystem functioning的研究论文。

本研究通过实验量化了土壤真菌和细菌群落对与生物地球化学循环有关的四个关键生态系统功能的时间稳定性的贡献。微生物多样性增强了所有生态系统功能的时间稳定性，这种模式在减少微生物丰富度的植物-土壤介体中尤为突出，其中微生物分类群的损失超过50％。土壤生物多样性的稳定作用与微生物分类群之间的异步性有关，由此不同的土壤真菌和细菌在不同的时间促进了不同的生态系统功能。本研究的结果强调必须保护土壤生物多样性，以维持土壤向社会提供的多种生态系统功能。

图1. 生态系统功能随时间的变化以及土壤微生物多样性与多功能稳定性之间的关系

图2. 在一系列多功能阈值范围内，土壤微生物多样性对生态系统多功能性时间稳定性的影响

图3. 结构方程模型说明了土壤微生物多样性对植物生物量生产和土壤碳同化稳定性的间接影响

图4. 支持生态系统功能的土壤微生物比例随着功能数量和时间点的增加而增加

图5. 每个生态系统功能的时间稳定性与物种时间稳定性和同步性之间的关系

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