生物多样性如何影响生态系统功能是生态学研究的核心问题之一，大量实验和理论研究发现，生物多样性与生态系统功能（如生物量等）之间存在显著的正相关关系（即BEF正关系），表明生物多样性正向促进生态系统功能。然而，在天然林生态系统中，已有研究发现BEF关系随研究尺度发生变化，在小尺度范围内（< 0.1 ha）呈正相关，而在大尺度范围（> 0.1 ha），BEF关系以负相关或无显著关系为主，这种尺度效应大大限制了BEF研究对森林经营实践的现实指导意义，同时也对现有BEF理论体系提出了挑战。
为解决BEF关系的尺度依赖问题，我组联合国内外多家单位，通过系统凝练菌根共生研究观点，提出了驱动BEF关系尺度效应的菌根类型优势度新机制（图1）。该机制共包含三个假说：假说I—基于研究团队前期在New Phytologist的研究结果（Mao et al., 2019），预测在丛枝菌根（AM）—外生菌根（EM）混交林中，AM树种优势度与土壤肥力呈正相关，而EM树种优势度与土壤肥力呈负相关; 假说II—由于AM树种占优势的群落多样性相对高，而EM树种占优势的群落生物量较高，因此AM树种优势度与群落多样性呈现正相关，而与生物量呈负相关，EM树种则相反；假说III—基于以上假说I和II，土壤条件驱动的AM树种优势度变化将对多样性—生物量关系产生负效应，最终在较小尺度上减弱了正关系，在较大尺度上驱动了负关系，导致多样性—生物量关系随研究尺度增大呈现出“由正转负”的趋势（图2）。目前，该机制已在中国和美国东部7块温带、亚热带森林大样地（16—50ha）内得到了验证，初步解决了多样性—森林生物量关系的尺度效应问题。
虽然本研究仅关注了“生物量”这一项生态系统功能指标，但是其理论基础也适用于其他功能指标（如生产力、地下功能等），因此菌根类型优势度机制丰富了BEF理论体系，证实了BEF负关系主要由树种特性（如菌根类型）和环境异质性（如土壤肥力）所驱动。同时，该机制可以为未来“适地适树”的森林经营管理模式提供新思路，通过综合考虑立地条件（土壤）和树种特性（菌根类型），平衡生物多样性保护和生态系统功能提升等营林目标。
该研究近日以“Scale-dependent diversity–biomass relationships can be driven by tree mycorrhizal association and soil fertility”为题在线发表于Ecological Monographs（Mao et al., 2023; https://doi.org/10.1002/ecm.1568）。我组特别研究助理毛子昆为论文第一作者，王绪高研究员为通讯作者。本研究受到国家自然科学基金委项目、中科院先导科技专项课题、研究所重大专项、博士后面上项目、中科院特别研究助理项目等多个项目的资助。
文章链接：Mao et al., 2019. Tree mycorrhizal associations mediate soil fertility effects on forest community structure in a temperate forest. New Phytologist, 223(1): 475-486. https://doi.org/10.1111/nph.15742.
Mao et al., 2023. Scale-dependent diversity–biomass relationships can be driven by tree mycorrhizal association and soil fertility. Ecological Monographs, e1568. https://doi.org/10.1002/ecm.1568.
图1. 菌根类型优势度机制（Mycorrhizal dominance mechanism）驱动多样性—生物量尺度依赖关系
图2. 森林群落多样性与生物量的尺度依赖关系（以长白山样地为例）
