土壤真菌可能有助于确定森林对环境变化的恢复力

土壤真菌可能有助于确定森林对环境变化的恢复力。

自然界充满了共生关系，其中一些发生在视野之外，就像树木和土壤真菌之间丰富的地下营养交换。

但是，在黑暗中发生的事情可能对地面也有深远的影响:一项重大的新研究表明，土壤真菌可以在森林适应环境变化的能力方面发挥重要作用。

加州大学圣塔克鲁兹分校的环境研究助理教授Kai Zhu采用了一种独特的“大数据”方法来研究共生真菌在美国东部森林中树木迁移中的作用。

“我们的气候正在迅速变化，我们的森林正在作出反应，但速度非常缓慢——几乎无法察觉，”朱说，他想要找出导致这种反应速度的因素。

在森林中，树木的生长很大程度上依赖于土壤中可利用的养分，而通过根系向土壤的碳转移调节生态系统的过程。菌根真菌生长在大多数植物的根部，驱动植物和土壤之间的营养碳交换:它们吸收宿主的碳资源，并提供植物所需的土壤养分。与森林树木有关的两种最常见的真菌是:外生菌根(ECM)，它生长在针叶树上，包括松树、橡树和山毛榉;而arbuscular (AM)在大多数非针叶树上生长，如枫树。

朱先生利用了美国农业部森林调查和分析项目的数据，来研究土壤中的碳和氮水平是如何不同的，这些森林的特征是“占主导地位的”树木和“ECM优势”树。他将树木的分布与土壤真菌和含量相关联，然后通过真菌类型分析树木的分布。在最重要的发现中，朱海洋能够识别出不同的土壤氮“特征”，这些“特征”可以影响土壤和生态系统，从而决定森林对气候变化的适应能力。

具体地说，土壤碳氮比增加了ECM的主导地位，甚至在考虑了气候、土壤质地和叶面氮之后。此外，ECM优势更多地与低土壤氮而不是高土壤碳有关。

他说:“这些发现表明，AM和ECM树在氮肥梯度上有差异，或者可能是AM和ECM树促进了碳和氮循环速率的差异，这是因为氮的采集的特性。”“这两种过程都可能同时发生，从而形成一种自我强化的积极的植物土壤反馈。”

朱先生的发现表明菌根行会是一种新兴的“功能特征”。

功能特征是指那些以生态角色来定义物种的特征——它们如何与环境和其他物种相互作用。因此，它们可以从地面或卫星上进行预测和测量，这对监测气候变化的环境反应的科学家来说特别有价值。“他们告诉我们生态系统是如何反应的，”朱说。

朱海洋说:“目前还没有证据表明东方森林正在将地理范围向高纬度地区转移，以应对气候变暖。”“但了解菌根关系如何影响生态系统将帮助我们预测森林将如何应对全球变化。”

朱先生的研究发表在《生态学》杂志上，是第一个使用美国农业部的大规模数据集来观察气候变化如何影响生态系统的研究，这种方法被称为“自上而下”而不是“自下而上”。

作为一名定量环境科学家，朱先生将统计学和数据科学的工具带到全球生态学的研究中。朱教授利用现有的数据——包括卫星生成的大规模数据集——来研究大陆和全球范围内的模式和过程，而不是测量土壤中的真菌特征和扩大规模。他说:“大数据正变得越来越流行和强大。”“这与传统的生态学研究不同，生态学是在实验室或野外进行的。”

朱先生的背景是物理学和系统论，他对气候变化的研究非常紧迫。他的研究集中在四个方面:森林生态系统、草原、土壤和物候学，朱将其描述为“自然的日历”。

朱先生决心为这个领域做出坚实的贡献，其中大部分证据都是不完整的，也不具说服力。

“我们知道环境正在改变，但它如何影响地球及其系统是一个大问题，”他说。“作为科学家，我们有责任正确地解决这个问题——这是一个对科学家和公众来说很重要的问题。”