為什么形形色色的物種能夠共同生活在一起？這背后隱藏著什么奧秘？該問(wèn)題是群落生態(tài)學(xué)的核心問(wèn)題之一。早期研究發(fā)現(xiàn)周圍相同樹種個(gè)體越多，其后代更新和存活表現(xiàn)越差，這種同種之間的相互抑制為其他種定植提供了生存空間，從而促進(jìn)物種共存。然而究竟是什么原因?qū)е逻@種同種“自疏”現(xiàn)象？Janzen-Connell假說(shuō)（簡(jiǎn)稱JC假說(shuō)）認(rèn)為同種個(gè)體越多，更容易吸引專一性的病原菌、昆蟲或動(dòng)物等聚集，從而對(duì)同種幼苗產(chǎn)生負(fù)作用。盡管目前已有研究分別在種群水平上揭示了病原菌、植食性昆蟲等對(duì)于調(diào)節(jié)植物種群動(dòng)態(tài)的重要性，然而在群落尺度上的實(shí)驗(yàn)研究則很少，且在多樣性較低的溫帶森林中更是未見報(bào)道。

圖1  長(zhǎng)白山闊葉紅松林控制實(shí)驗(yàn)樣地示意圖

鑒于此，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所天然林生態(tài)組已畢業(yè)博士賈仕宏，在導(dǎo)師王緒高研究員的指導(dǎo)下，與美國(guó)康涅狄格大學(xué)Robert Bagchi博士合作，于2014年在長(zhǎng)白山闊葉紅松林建立了控制實(shí)驗(yàn)樣地，通過(guò)圍欄及定期噴施殺菌劑和殺蟲劑等處理研究大型動(dòng)物、昆蟲和病原菌對(duì)喬木幼苗的影響（圖1）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在群落水平上殺菌處理顯著降低了大樹周圍同種幼苗的增補(bǔ)和存活，殺蟲也增加了大樹周圍同種幼苗的增補(bǔ)，但對(duì)存活無(wú)顯著影響，圍欄處理對(duì)幼苗增補(bǔ)和存活均無(wú)顯著影響。說(shuō)明病原真菌和昆蟲通過(guò)密度制約的方式抑制同種的定植，為其他種提供生存空間，進(jìn)而促進(jìn)物種共存。同時(shí)為進(jìn)一步研究不同樹種受病原真菌和昆蟲影響的規(guī)律，按菌根類型和耐蔭性將幼苗分為外生菌根和叢枝菌根，及耐蔭種和非耐蔭種兩大類，發(fā)現(xiàn)殺菌處理主要影響外生菌根樹種和耐蔭樹種大樹周圍同種幼苗的增補(bǔ)，而殺蟲則主要影響非耐蔭樹種大樹周圍的幼苗增補(bǔ)（圖2）。

圖2  病原真菌、昆蟲及樹種生活史策略共同調(diào)控同種密度制約效應(yīng)

該研究采用野外控制實(shí)驗(yàn)的方法，在群落尺度上證明病原真菌和植食性昆蟲是影響溫帶森林物種共存的重要因子，而且病原真菌和植食性昆蟲的影響強(qiáng)度與樹種生活史策略密切相關(guān)。本研究為理解溫帶森林物種共存機(jī)制提供了重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，同時(shí)也可為森林經(jīng)營(yíng)管理和生物多樣性保護(hù)提供理論依據(jù)。

該研究結(jié)果以Tree species traits affect which natural enemies drive the Janzen-Connell effect in a temperate forest為題，2020年1月15日在線發(fā)表于Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-019-14140-y）。賈仕宏博士為第一作者，王緒高研究員為通訊作者。該研究得到了中科院先導(dǎo)科技專項(xiàng)培育項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。