科技日报记者 马爱平 通讯员 宋平 薇
7月6日，科技日报记者从中国林业科学研究院获悉，该院近日在《自然·通讯生物学》杂志在线发表重要成果，深刻揭秘了豆科植物与其相邻植物之间的复杂关系。论文指出，以往认为是植物界“最美邻居”的豆科植物，并非如我们所知的完全利他的“好邻居”形象，相反，它们表现出更多“利己主义”的行为。
论文所使用的全球11个大样地空间分布图。许涵供图
研究团队以海南尖峰岭60公顷热带雨林大样地中的7种豆科植物及其相邻植物为样例，利用叶片氮同位素组成分析了豆科植物的生物固氮能力，并研究了它们的分布特征和相邻植物的多样性。研究揭示了豆科植物与其相邻植物构成关系形成的机制，并通过全球11个森林大样地的数据验证了研究结果。
国际大样地合作团队在尖峰岭大样地中考察。许涵供图
为科学解释豆科植物在土壤氮空间分布中对相邻植物多样性的影响，研究团队提出了“固氮策略分化假说”和“资源需求分化假说”。研究证明，分布在土壤有效氮含量较高的区域的豆科植物表现出更高的生物固氮能力和更多的非豆科相邻植物，其生物固氮能力和所在土壤有效氮的空间分布显著相关，符合“资源需求分化假说”。即豆科植物的“利他效应”并非典型意义上的利他行为，其本质仍然是“利己主义”。在这种情况下，豆科植物和相邻植物在氮资源方面几乎不存在“竞争”关系，是一种先“利己”，后“利他”，最终达到互利共生、和谐共存的行为。
国际大样地合作团队在尖峰岭大样地中考察。许涵供图
论文第一作者、中国林科院研究员许涵介绍，结合团队前期研究进展，初步判断豆科植物提供土壤氮的“利他效应”主要体现在豆科植物死亡后，植物残体归还到土壤中的过程。在热带天然林中，不同豆科植物对氮的需求以及生物固氮效率存在较大差异，这种差异影响了豆科植物相邻植物的种类和数量。
一方面，豆科植物通过选择偏好高土壤有效氮的生境并调节生物固氮代谢活动满足自身对氮的需求；豆科植物的高生物固氮代谢促进了互补资源利用而非地上部分竞争，从而提高了豆科植物相邻植物的多样性。分布在土壤有效氮含量较低区域的豆科植物则表现出相反的现象。进一步验证表明，豆科植物多样性差异的主要原因受土壤有效氮含量的影响。即土壤有效氮水平的高低调控着豆科植物及其相邻植物的多样性水平。
许涵表示，当前，我国正在实施大规模森林生态修复工程。特别是南方地区，大量低质低效次生林、人工纯林、荒地等生态系统需要进行生态修复。豆科类植物是重要的混交树种，特别是红木类珍贵树种多为豆科。研究结果对未来豆科树木与相邻植物的种类选择和配植、栽培适应生境的选取等问题具有指导应用价值。
研究团队照片。许涵供图
据悉，海南尖峰岭国家级森林生态站及其他10个国际森林大样地的合作者为该成果提供了大量数据和学术观点。该成果也是中国林科院热林所“森林生态研究中心”成立之际的一项重要成果。许涵研究员、美国普林斯顿大学和史密森热带林研究所matteo detto博士为论文共同第一作者，中山大学方素琴副教授为论文通讯作者。
编辑：张爽
审核：管晶晶