群落構(gòu)建過(guò)程是生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。生境過(guò)濾和極限相似性被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)群落構(gòu)建的兩種主要機(jī)制。生境過(guò)濾假說(shuō)認(rèn)為，環(huán)境因素對(duì)物種性狀的篩選將導(dǎo)致群落水平性狀的收斂；而極限相似性假說(shuō)則認(rèn)為，種間相互作用促使共存物種性狀分化以減少競(jìng)爭(zhēng)排除，導(dǎo)致群落水平性狀的發(fā)散。雖然我們對(duì)地上群落的構(gòu)建機(jī)制有了一定的了解，但對(duì)地下根系群落構(gòu)建機(jī)制的理解卻很有限。

我校生命科學(xué)學(xué)院儲(chǔ)誠(chéng)進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)基于黑石頂50公頃森林大樣地，通過(guò)隨機(jī)采樣的方式，結(jié)合DNA條形碼技術(shù)，分析了625個(gè)0-10 cm土層根系群落中76個(gè)物種10個(gè)根系功能性狀和系統(tǒng)發(fā)育的分布格局，并對(duì)環(huán)境、性狀和物種出現(xiàn)頻度作了關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果表明，80%的功能性狀均表現(xiàn)為發(fā)散的趨勢(shì)；50%的性狀在樣地水平呈顯著發(fā)散格局。雖然有20%的性狀呈收斂格局，但綜合10個(gè)性狀分析，種間性狀分異強(qiáng)度明顯大于性狀趨同程度（圖1）。

圖1. 根系群落中共存物種性狀和譜系的分布格局

收斂的性狀主要受土壤鉀-氮梯度的影響：分布在含砂量較高土壤中的物種具有較小的根直徑和較高的根系氮濃度；分布在含氮量較高土壤中的物種通常具有較大的根直徑；同時(shí)，性狀的分布也受坡向和土壤有效磷的影響，使根系性狀沿環(huán)境變異表現(xiàn)出多維性狀適應(yīng)策略：根系形態(tài)和化學(xué)性狀通常相互獨(dú)立變化，組合成多樣的性狀特征應(yīng)對(duì)土壤異質(zhì)性（圖2）。

圖2. 76個(gè)物種根系性狀沿環(huán)境梯度的變異

研究結(jié)果進(jìn)一步支持了極限相似性假說(shuō)。根系群落譜系發(fā)散的格局表明系統(tǒng)發(fā)育不相似的物種更傾向于共存；根系還可能采用替代策略（比如菌根覓食和固氮作用）增加資源捕獲能力，促使不同譜系類(lèi)群植物的根系在相似環(huán)境中的共存。

圖3. 76個(gè)物種在環(huán)境梯度上的分布情況

該研究強(qiáng)調(diào)了極限相似性在驅(qū)動(dòng)小尺度根系群落構(gòu)建過(guò)程中的作用，增加了我們對(duì)根系群落構(gòu)建和多樣性維持機(jī)制的理解。性狀和譜系的發(fā)散可能有助于促進(jìn)種間生態(tài)位分化，提高根系對(duì)病原菌的抵抗力，促進(jìn)根系群落物種的穩(wěn)定共存。研究結(jié)果以“Limiting similarity shapes the functional and phylogenetic structure of root neighborhoods in a subtropical forest”為題發(fā)表在New Phytologist上。生命科學(xué)學(xué)院博士生羅文啟為該論文的第一作者，王酉石副教授為通訊作者。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委“杰青”項(xiàng)目、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)、USDA National Institute of Food and Agriculture and Hatch Appropriations、廣東省教育廳優(yōu)秀青年科研人才國(guó)際培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目等資助。

論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.16920