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“化作春泥更護花”背后的科學 精選

已有 13742 次閱讀 2018-8-23 12:55 |系統分類:科普集錦

還記得今年在俄羅斯舉辦的足球世界杯首場秀嗎?亞洲的沙特隊對陣歐洲的東道主俄羅斯隊的比賽,結果大家都知道了,俄羅斯最終以5:0大比分戰勝沙特博得頭彩。這是一個典型的“主場優勢”(Home-field advantage, HFA),即主隊由于具有生理(客隊可能要倒時差或對場地不熟悉)、心理(主隊在自己家門口更有底氣)等優勢而更可能戰勝客隊的現象。其實,在生態學研究中,也有類似的“主場優勢”,主要指一種凋落物分解快慢的現象。

A fallen leaf with shining golden tones during the decomposition process@Karolos.jpg
一片金黃色落葉的分解過程. Credit: Karolos Trivizas

凋落物,估計大家都比較熟悉,秋天到了,從樹上落下的葉子、枝條、果實和花等都能稱為凋落物。凋落物在全球生態系統的碳循環和養分循環中具有舉足輕重的作用。我國清代詩人龔自珍曾有家喻戶曉的名句“落紅不是無情物,化作春泥更護花”講的就是這種凋落物的生態學意義。凋落物固然重要,但有哪些因素影響它的分解呢(即“護花”的前提)?有時,我們只有知道凋落物是如何變沒的,才能更好地理解它在森林物質循環中的確切角色?茖W家在多年前曾發現凋落物也有上文提到的“主場優勢”,即,一棵樹的凋落物如果落在了母體樹根處,比落在其它親緣關系遠的樹種降解的更快。通過多年研究,科學家證實,凋落物分解的影響因素很多,主要包括生物的(樹種、土壤微生物活性等)和非生物的(氣候因素、土壤理化性質等)兩類,但卻忽略了最有可能影響凋落物分解的—細根。細根,作為樹木接觸落葉的前排兵竟然被雪藏多年。

Map of common traits relevant to the functioning of fine roots.png
細根作用那么多,總會有那么一個會影響凋落物的“主場優勢”的伐!(Dr. Tian如是想~) Credit: M. Luke McCormack

  

凋落物的主場優勢(Helvetica)_Fotor_副本_副本_Fotor.jpg

描述“主場優勢(HFA)”的簡易模型. Copyright © 2018 Gao Jianguo. All rights reserved.

  

直到南京大學的Tian等發現這個“知識缺口”(Knowledge gap),通過前后長達1年的野外和室內試驗,他們發現細根確實對凋落物分解的“主場優勢”有明顯的促進作用,特別對于中等細根,這種促進作用最為明顯。他們進一步的分析發現,細根對凋落物分解具有直接和間接效應,微生物介導的礦化也發揮著一定的直接影響。相關研究論文“Local root status: a neglected bio-factor that regulates the home-field advantage of leaf litter decomposition”已經發表在土壤學國際知名期刊Plant and Soil上。

圖片_豎版.jpg
試驗設計. Credit: Kai Tian

足球場上的“主場優勢”主要影響因素不外乎生理和心理,Tian等工作的價值在于通過原位試驗研究證實了細根在凋落物分解中的關鍵作用,類似于直接證明了足球場上“主場優勢”的生理作用。樹木的凋落物只有正常發揮了“主場優勢”,才能“化作春泥更護花”,為森林的物質循環做出貢獻。

5. 冬季馬尾松林樣地挖坑_副本.jpg
Dr. Tian于寒冷的冬季早上在馬尾松林設置生長柱. Credit: Kai Tian

   

6. 春季栓皮櫟林樣地考察_副本_副本.jpg
一個明媚的春天,Dr. Tian攜法國科學研究中心科學家—Stephan Hättenschwiler等一同考察栓皮櫟林. Credit: Kai Tian


參考文獻:

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.

本文英文版發表在Nature Research Ecology & Evolution Community:

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



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