Climate-driven shifts in plant–soil feedback of a perennial grass species

IF 5.3 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY Journal of Ecology Pub Date : 2024-11-03 DOI:10.1111/1365-2745.14443

Anna Florianová, Zuzana Münzbergová

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多年生禾本科植物在气候驱动下的植物-土壤反馈变化

1 引言植物-土壤反馈（PSF）--植物改变其生长土壤的生物和非生物属性，进而影响未来在该土壤中生长的植物的表现的过程（Bever 等人，1997 年）--已被认为是植物群落组合和生态系统功能的重要驱动力（Bardgett & van der Putten, 2014; Reynolds 等人，2003 年）。最近观测到的以及预期的温度和降水机制的高速变化（IPCC，2014 年）很可能会影响土壤微生物和植物的分布，并改变植物和土壤的相互作用方式（van der Putten 等人，2016 年）。因此，了解气候变化对 PSF 的影响对于预测气候变化对生态系统的影响以及为减轻气候变化对自然和应用系统的影响提供途径至关重要。植物表现出对特定气候条件的局部适应性（Anderson & Song, 2020; Nicotra et al.同时，土壤生物区系可适应特定气候和当地植物基因型（Johnson 等人，2010 年；Tack 等人，2012 年）。这些适应性以及土壤生物群落组成随当地植物群落基因或物种组成而发生的变化，决定了植物与土壤相互作用的结果（Blanquart 等人，2013 年；Hoeksema & Forde, 2008 年；Kulmatiski 等人，2008 年；van der Putten 等人，2013 年）。植物及其相关土壤生物区系的分布在很大程度上受气候条件空间变化的影响（Blankinship 等人，2011 年；Zhou 等人，2020 年）。因此，预计气候变化也会影响 PSF（van der Putten 等人，2016 年）。事实上，Hassan 等人（2022 年）的荟萃分析表明，干旱和变暖会引起 PSF 的特定环境变化，这种变化取决于植物功能群、生活史特征和实验条件。气候变化可能会导致植物与土壤生物区系之间新的或改变的相互作用（Bardgett & Wardle, 2010），原因是它们各自对新条件的适应速度和机制不同（van der Putten 等人，2009 年）。例如，在异步范围转移的情况下，即土壤生物群迁移到新环境的速度快于植物（或相反），某种气候起源的植物会遇到不同气候起源的土壤生物群。这可能会破坏植物在原生地由专门的拮抗微生物造成的负PSF（Engelkes等人，2008年；van Grunsven等人，2007年），而在新环境中缺乏适应的互惠生物也会限制植物的生长（Nunez等人，2009年）。环境背景在形成 PSF 方面也起着至关重要的作用（De Long 等人，2019 年；van der Putten 等人，2016 年）。之前操纵栽培条件的研究表明，温度和湿度水平会影响土壤生物区系的组成和活性（Deveautour 等人，2018 年；Heinze 等人，2017 年；Siebert 等人，2019 年），以及植物生物量分配和根系结构（Bergmann 等人，2016 年；Cortois 等人，2016 年）、2016；Cortois 等人，2016），从而改变植物根系与土壤相互作用的强度（Aldorfova & Munzbergova, 2019；Duell 等人，2019；Florianova & Munzbergova, 2018；Fry 等人，2018；Kaisermann 等人，2017）。重要的是，各个土壤生物群落对气候条件的敏感度以及与植物的共同适应程度可能有所不同。一般来说，与土壤互生生物相比，土壤病原体更为专一，与植物的共同适应程度更高（Molina & Horton, 2015; Smith & Read, 2008）。要理解气候变化如何通过土壤生物区系的变化影响植物，就必须同时操纵土壤来源、植物来源和气候条件的所有因子组合。在这三重框架内，已经探索了几种双重相互作用，如植物种群的遗传分化和表型可塑性对气候的响应（Hamann 等人，2016 年；Munzbergova 等人，2017 年；Nicotra 等人，2017 年）、2017；Nicotra 等人，2010；Valladares 等人，2014）、土壤生物群的特异性（Cardinaux 等人，2018；Koorem 等人，2020；Pankova 等人，2011；Van Nuland 等人，2017）或土壤生物群的气候依赖性（von Holle 等人，2020）。在本研究中，我们以在欧洲大部分地区的高山草地上占主导地位的多年生禾本科植物 Festuca rubra 为模型，研究了土壤生物区系起源、植物起源和栽培气候之间的相互作用。

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Journal of Ecology 环境科学-生态学

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3.0 months

期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.