近日，中國農業大學資源與環境學院李隆教授課題組在《生態學與進化趨勢》(Trends in Ecology & Evolution)發表了題為「植物凋落物在生物多樣性-生態系統功能長期效應中的重要作用(Plant litter strengthens positive biodiversity-ecosystem functioning relationships over time)」的綜述文章。針對在草原、森林和農田生態系統的生物多樣性長期定位實驗中觀測到的生物多樣性增加生態系統功能的效應隨時間而增強的現象，該文章系統總結了植物凋落物或作物殘茬在生物多樣性增加生態系統功能的長期效應中的重要作用及其主要調控途徑。
在草原、森林和農田生態系統中的短期實驗中，均發現生物多樣性能增加生產力。基於長期的生物多樣性實驗，越來越多的研究表明植物多樣性增加生產力的效應隨時間而增加。植物地上部和根系凋落物（包括農作物秸稈和殘茬）在調節不同生態系統正的多樣性-生產力關係方面很重要，但植物凋落物在長期生物多樣性實驗中的作用仍然沒有受到重視。該綜述提出植物凋落物通過以下四種方式強化了生物多樣性-生態系統功能關係（圖1）。
圖1 隨著時間的推移，植物凋落物通過4種途徑強化生物多樣性和生態系統功能的關係
植物凋落物的分解對後季植物氮吸收的貢獻
從豆科植物到非豆科植物的地下氮轉移可以通過三種途徑發生。(1)豆科植物分泌可溶性氮化合物並被非豆科植物直接吸收，(2)由菌根真菌介導的氮直接轉移，(3)豆科植物根系和根瘤分解成礦化氮隨後被相鄰植物吸收。以前對氮素轉移的研究集中在當季的間作體系或不同生長季的輪作體系。然而，長期的氮效應，包括豆科植物的凋落物對後季非豆科植物的氮吸收的貢獻，受到的關注較少。從豆科植物殘茬向後季植物的地下氮轉移可有助於解釋多樣性效應隨著時間的推移而增強。課題組2021年發表在英國生態學會《應用生態學雜誌》(Journal of Applied Ecology)的結果表明，豆科植物根茬的分解可以促進後季玉米植株對氮的吸收，這能夠解釋間作的產量優勢在不施氮肥的情況下隨時間而增加的現象。
凋落物混合物數量和質量的變化提高了土壤肥力
植物多樣性想增加生產力的同時使得更多凋落物返還到土壤中，這些凋落物的分解又有助於土壤肥力的增加。更高的土壤肥力提高了下一年植物生物量並使得更多的凋落物進入到土壤中，從而形成一個正反饋。這個正反饋使得生物多樣性-生態系統生產力的正向關係隨著時間的推移而變強。土壤有機碳（SOC）是土壤肥力和土壤質量的關鍵指標。多樣性高的植物群落生產力可以提高植物地上凋落物和根系輸入從而增加SOC。凋落物物種多樣性還可以通過對凋落物質量和分解過程的影響來改變SOC積累。
多樣化的植物凋落物改變土壤群落組成
植物凋落物的多樣性可以增加土壤生物的多樣性，並改變土壤生物群落的組成。土壤生物多樣性又反過來對地上生物多樣性和多種生態系統功能有重要影響。植物物種多樣性可以通過微生境多樣性、返還到土壤的植物凋落物的數量和質量來影響土壤食物網。植物凋落物為土壤生物提供食物、養分和棲息地，從而影響土壤生物多樣性和群落結構。更高的植物凋落物多樣性增加了土壤分解者的多樣性，進而促進了土壤食物網中更高營養級水平的多樣性。
物種豐富的生態系統中植物殘茬的多樣性可以控制殘茬病害和蟲害
作物殘茬攜帶的病蟲害是後季作物病蟲害的主要侵染源，在收穫後進行秸稈還田可能會增加殘茬病蟲害傳播的風險。植物凋落物多樣性可以通過(a) 降低寄主密度，(b) 改變微環境並減少傳播，(c) 植物有益微生物與病原體之間的相互作用，以及(d) 捕食者對病原體的營養級調控來控制殘茬病蟲害。
與活體植物對生態系統過程的影響相比，植物凋落物對多樣性高的植物群落的影響在短期內可能很小。然而，植物凋落物在長期尺度上對驅動關鍵的生態系統功能起著重要作用。該綜述對多樣性與生產力之間的關係如何隨時間變化提出了新的見解，並且指出通過增加植物混作體系殘茬的多樣性來實現作物殘茬還田的多樣化，將會提高食物生產系統的可持續性。
李隆教授課題組張煒平副教授為論文第一作者，義大利歐洲再生有機中心(Davines Group-Rodale Institute European Regenerative Organic Center)的達里奧·福納拉(Dario Fornara)博士，課題組博士生楊浩和博士後於瑞鵬，美國蒙大拿大學拉甘·M·卡拉威(Ragan M. Callaway)教授為共同作者，李隆教授為通訊作者。本項工作得到國家自然科學基金重點(32130067)、面上(31971450)和青年項目(31500348)、國家重點研發計劃項目（2022YFD1500702, 2022YFC3501503）的資助。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169534722003342
文章來源：農環視界