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“化作春泥更护花”背后的科学 精选

已有 14360 次阅读 2018-8-23 12:55 |系统分类:科普集锦

还记得今年在俄罗斯举办的足球世界杯首场秀吗?亚洲的沙特队对阵欧洲的东道主俄罗斯队的比赛,结果大家都知道了,俄罗斯最终以5:0大比分战胜沙特博得头彩。这是一个典型的“主场优势”(Home-field advantage, HFA),即主队由于具有生理(客队可能要倒时差或对场地不熟悉)、心理(主队在自己家门口更有底气)等优势而更可能战胜客队的现象。其实,在生态学研究中,也有类似的“主场优势”,主要指一种凋落物分解快慢的现象。

A fallen leaf with shining golden tones during the decomposition process@Karolos.jpg
一片金黄色落叶的分解过程. Credit: Karolos Trivizas

凋落物,估计大家都比较熟悉,秋天到了,从树上落下的叶子、枝条、果实和花等都能称为凋落物。凋落物在全球生态系统的碳循环和养分循环中具有举足轻重的作用。我国清代诗人龚自珍曾有家喻户晓的名句“落红不是无情物,化作春泥更护花”讲的就是这种凋落物的生态学意义。凋落物固然重要,但有哪些因素影响它的分解呢(即“护花”的前提)?有时,我们只有知道凋落物是如何变没的,才能更好地理解它在森林物质循环中的确切角色。科学家在多年前曾发现凋落物也有上文提到的“主场优势”,即,一棵树的凋落物如果落在了母体树根处,比落在其它亲缘关系远的树种降解的更快。通过多年研究,科学家证实,凋落物分解的影响因素很多,主要包括生物的(树种、土壤微生物活性等)和非生物的(气候因素、土壤理化性质等)两类,但却忽略了最有可能影响凋落物分解的—细根。细根,作为树木接触落叶的前排兵竟然被雪藏多年。

Map of common traits relevant to the functioning of fine roots.png
细根作用那么多,总会有那么一个会影响凋落物的“主场优势”的伐!(Dr. Tian如是想~) Credit: M. Luke McCormack

  

凋落物的主场优势(Helvetica)_Fotor_副本_副本_Fotor.jpg

描述“主场优势(HFA)”的简易模型. Copyright © 2018 Gao Jianguo. All rights reserved.

  

直到南京大学的Tian等发现这个“知识缺口”(Knowledge gap),通过前后长达1年的野外和室内试验,他们发现细根确实对凋落物分解的“主场优势”有明显的促进作用,特别对于中等细根,这种促进作用最为明显。他们进一步的分析发现,细根对凋落物分解具有直接和间接效应,微生物介导的矿化也发挥着一定的直接影响。相关研究论文“Local root status: a neglected bio-factor that regulates the home-field advantage of leaf litter decomposition”已经发表在土壤学国际知名期刊Plant and Soil上。

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试验设计. Credit: Kai Tian

足球场上的“主场优势”主要影响因素不外乎生理和心理,Tian等工作的价值在于通过原位试验研究证实了细根在凋落物分解中的关键作用,类似于直接证明了足球场上“主场优势”的生理作用。树木的凋落物只有正常发挥了“主场优势”,才能“化作春泥更护花”,为森林的物质循环做出贡献。

5. 冬季马尾松林样地挖坑_副本.jpg
Dr. Tian于寒冷的冬季早上在马尾松林设置生长柱. Credit: Kai Tian

   

6. 春季栓皮栎林样地考察_副本_副本.jpg
一个明媚的春天,Dr. Tian携法国科学研究中心科学家—Stephan Hättenschwiler等一同考察栓皮栎林. Credit: Kai Tian


参考文献:

Tian K, Kong XS, Gao JG, Jia YY, Lin H, He ZH, Ji YL, Bei ZL & Tian XJ. 2018. Local root status: a neglected bio-factor that regulates the home-field advantage of leaf litter decomposition. Plant and Soil, doi: 10.1007/s11104-018-3757-8.

本文英文版发表在Nature Research Ecology & Evolution Community:

The science behind “the fallen leaf turns to spring mud to nourish flower”



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