豆科是雙子葉植物，包括約690屬、17600余種，為種子植物的第三大科，在全世界廣泛分布，其用途之大不亞于禾本科。

　　日前，中國林業(yè)科學(xué)研究院科學(xué)家在《自然》旗下《通訊-生物學(xué)》雜志在線發(fā)表重要成果，深度揭秘了豆科植物與其鄰居植物之間的組成關(guān)系，并提出假說，指出被廣泛認(rèn)為是植物界“最美鄰居”的豆科植物，并非我們以往所熟知的完全“利他主義”“好鄰居”形象。相反，它的表現(xiàn)更像“利己主義”者。

　　因提供土壤氮源，常被認(rèn)為是“好鄰居”

　　豆科植物為何之前有“好鄰居”形象？論文第一作者、中國林業(yè)科學(xué)研究院研究員許涵介紹，豆科植物的生物固氮作用一直被認(rèn)為是大氣沉降、細(xì)菌和真菌硝化和地球化學(xué)風(fēng)化以外土壤氮的主要來源之一。

　　“間作固氮的大豆，通過根際分泌物和死亡根系分解后，來給鄰體植物提供氮源，并進(jìn)一步通過活化菌根真菌活動來活化根際磷養(yǎng)分。”許涵說，因此，豆科植物的種植，特別是大豆等農(nóng)作物，通常被認(rèn)為有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力提高和鄰體多樣性，被認(rèn)為是“好鄰居”。

　　雖然在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，大豆等農(nóng)作物對鄰體可能有利，但在天然林中，豆科植物的作用并不明確。

　　“有關(guān)豆科樹木的根瘤產(chǎn)生、分布和對鄰體的影響仍然存在較大的爭議。一方面，豆科植物可以有利于枝菌根的定殖和土壤微生物活化，從而幫助土壤有機(jī)質(zhì)的礦化，減輕許多熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的磷限制。而這種微生物共生作用有利于不同物種對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生互補(bǔ)資源利用，有利豆科植物鄰體多樣性提高。另一方面，根據(jù)肥力假說，增加土壤養(yǎng)分可能會強(qiáng)化植物間的地上競爭，從而降低植物的鄰體多樣性。而豆科植物給鄰體提供氮源，這也就有可能降低鄰體多樣性。”許涵說。

　　目前，我國在進(jìn)行大面積人工林改造時，不僅要兼顧提高生產(chǎn)力，也要考慮構(gòu)建森林的穩(wěn)定性和多樣性等多目標(biāo)經(jīng)營，這就要求所選擇的改造樹種間要能相對穩(wěn)定共存，不會產(chǎn)生過于劇烈的競爭。

　　“因此，也需要對每種豆科樹木進(jìn)行試驗(yàn)，而不是籠統(tǒng)地都當(dāng)成有利于鄰體的樹木來種植。以最廣泛種植的海南黃花梨為例，是種植純林合適，還是要與其他豆科珍貴樹種搭配，或是搭配其他非豆科珍貴樹種為宜；種植密度比例多少。這都需要進(jìn)一步研究�！痹S涵說。

　　搶占氮資源，先“利己”后“利他”

　　為何說豆科植物更多表現(xiàn)出了“利己主義”？許涵與研究團(tuán)隊(duì)以海南尖峰嶺60公頃熱帶雨林大樣地中的7種豆科植物及其鄰居組成為樣本，采用葉片氮同位素組成來分析這7種豆科植物的生物固氮能力、空間分布特征和鄰體多樣性，發(fā)現(xiàn)并解釋了豆科植物與其鄰居構(gòu)成關(guān)系的形成機(jī)制。研究結(jié)果在全球11個16—60公頃的森林大樣地?cái)?shù)據(jù)中得到了驗(yàn)證。

　　“為科學(xué)解釋豆科植物在土壤氮空間分布中對其鄰體多樣性的影響，我們團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了‘固氮策略分化假說’和‘資源需求分化假說’�！痹S涵介紹，研究發(fā)現(xiàn)，分布在高土壤有效氮生境下的豆科植物表現(xiàn)出更高的生物固氮能力和更高的非豆科植物鄰體多樣性，其生物固氮能力與其所在的土壤有效氮的空間分布顯著相關(guān)，符合“資源需求分化假說”。

　　許涵認(rèn)為，這是一種非典型的“利他主義”，其本質(zhì)仍是“利己主義”。在這種情況下，豆科植物和它的鄰體植物在氮資源利用方面，是先“利己”后“利他”，最后達(dá)到互利共生、和諧共存。

　　“結(jié)合我們團(tuán)隊(duì)前期研究進(jìn)展可以初步斷定，大多數(shù)豆科植物提供土壤氮的‘利他效應(yīng)’主要體現(xiàn)在豆科植物死亡后，植物殘體歸還到土壤中得以實(shí)現(xiàn)。而在熱帶天然林中，不同豆科植物的氮需求和生物固氮效率存在很大差異，正是這種差異影響了豆科植物鄰居的物種構(gòu)成，以及這些鄰體物種數(shù)量的多少�！痹S涵說。

　　許涵解釋，一方面豆科植物通過選擇偏好生境(高土壤有效氮)和調(diào)整生物固氮代謝活動來滿足其自身對氮的需求，另一方面豆科植物的高生物固氮代謝活動提高了互補(bǔ)資源利用效率而非強(qiáng)化地上部分的競爭過程，從而驅(qū)動了豆科植物鄰體多樣性的提高；而分布在低土壤有效氮生境下的豆科植物則表現(xiàn)出相反的結(jié)果。

　　“進(jìn)一步驗(yàn)證分析表明，造成豆科植物多樣性差異的原因，主要是受土壤有效氮含量的影響。即土壤有效氮水平的高低調(diào)控著豆科植物與其鄰體的多樣性水平。”許涵說。