来源:中科院之声

  来源:中科院之声

  林火干扰是影响森林生态系统稳定和发展的重要生态过程,很大程度上决定着森林生态系统的结构与功能。随着气候的暖干化,林火在全球的发生频率、危害程度和燃烧面积呈逐年上升趋势。特别是近些年,大型森林火烧事件频繁见诸报端,如近期发生的北极森林大火、亚马逊雨林大火和澳洲山火,都来势汹汹,燃烧面积巨大且持续时间漫长。森林大火,似乎把我们的地球带入了 “烤火时代”(图1)。

图1 燃烧的地球(图片来自网络)

  林火在短期内会形成大量的热能和二氧化碳并迅速释放到空气中,急剧升高地表温度,同时引发空气污染等一系列问题(图2),直接威胁当地森林资源以及林区居民的生产生活,受到各国政府的高度重视。长期来看,林火干扰对区域气候格局、地表土壤过程、植被演替进程和野生动植物多样性均有显著影响。近年来,这种长期效应也越来越受到科学界的广泛关注。

图2 森林火灾对生态系统的影响(图片来自网络)

  大兴安岭是我国北方重要的生态屏障,也是环北极泰加林在中国境内的延伸,参天古树,连绵林海(图3)。白桦-兴安落叶松林是大兴安岭的一种过渡植被类型,分布最为广泛,而整个大兴安岭的森林则向着以兴安落叶松为主体的顶级群落发展。林火作为大兴安岭地区最为重要的干扰因素,显著影响当地植被的群落组成及其演替进程。研究发现,随着森林火烧强度和频率的上升,大兴安岭地上植被类型正由兴安落叶松主导向白桦主导的方向发展,引发地貌景观的变化,并重构地下生物群落。

图3 大兴安岭的地貌景观(图片来自网络)

  土壤真菌种类繁多且功能强大,有以枯枝落叶为食的腐生真菌,也有与白桦、兴安落叶松为伍的外生菌根真菌(图4)。作为森林地下世界的重要组成,真菌王国如何在森林大火后开启自己的“重建之路”?这一路上又会遇到哪些屏障?

图4 地球真菌组的功能多样性(Peay et al., Nature Microbiology Reviews, 2016)

  为了寻求以上答案,中科院南京土壤所褚海燕课题组以大兴安岭根河不同历史火烧迹地(火后1年、2年、8年、14年、30年、49年和260年)为研究平台,采用高通量测序和生物信息分析技术,探索了不同土壤层中真菌群落随火后恢复时间的动态变化。

  研究发现:外生菌根真菌作为与兴安落叶松和白桦严格共生的真菌类群,在土壤有机层中扮演着“先锋建设者”的角色,随着火后恢复时间的增加,其群落组成急剧变化,多样性也显著提高。腐生真菌则专职于有机物降解和养分循环,在“重建队伍”中表现得较为迟缓,其群落组成在更深的土壤矿质层中直到火后18年才开始发生变化(图5)。

图5 土壤真菌及其功能类群在不同土壤层中的火后演替轨迹(EcM fungi:外生菌根真菌;Saprotrophs:腐生真菌;Time since fire:火后恢复时间)

  总体来讲,火后恢复时间和土壤中养分元素的比例分别是驱动土壤有机层和矿质层真菌群落重建的最重要因素。以上发现揭示了不同土壤层中真菌群落的火后演替轨迹不同,不同功能类群各司其职,火烧历史、土壤化学计量和空间距离共同驱动大兴安岭森林地下真菌王国的重建。该研究成果已发表在国际期刊《新植物学家》上(New Phytol. 2020, DOI: 10.1111/nph.16531)。

  来源:中科院南京土壤研究所

Leave a comment

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注