植物根際碳輸入通過影響根際微生物群落及胞外酶活性顯著影響土壤有機質(zhì)分解,即根際激發(fā)效應(yīng)(Rhizosphere Priming Effect, RPE)。盡管植物向菌根真菌分泌大量的光合碳,然而我們?nèi)圆磺宄婢采w如何影響根際激發(fā)效應(yīng)。叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AM)和外生菌根真菌(ectomycorrhizal fungi, ECM)是兩大主要的菌根真菌類型,經(jīng)常與木本植物根系形成共生體。二者在胞外酶合成能力、與腐生微生物相互關(guān)系及植物光合碳運輸與分配等方面的顯著差異可能會調(diào)控根際激發(fā)效應(yīng)對土壤碳(C)、氮(N)礦化的影響程度。
借助自然豐度13C同位素示蹤技術(shù)和15N稀釋法,中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所地下生態(tài)過程組以5種木本植物幼苗為對象開展實驗,旨在揭示菌根真菌根際激發(fā)效應(yīng)對土壤碳氮礦化的調(diào)控機制。研究發(fā)現(xiàn),5種木本植物均顯著加快土壤有機碳分解速率,即正的根際激發(fā)效應(yīng)。叢枝菌根樹種產(chǎn)生的根際激發(fā)效應(yīng)高于外生菌根樹種。然而,菌根類型對土壤氮礦化沒有產(chǎn)生顯著影響,導致叢枝菌根樹種土壤有機質(zhì)分解的碳氮化學計量比顯著高于外生菌根樹種。對酶活性而言,叢枝菌根樹種的碳降解酶顯著高于外生菌根樹種;而氮降解酶則相反。我們發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)分解與酶活性的碳氮化學計量比呈正相關(guān)關(guān)系,表明菌根類型對根際激發(fā)效應(yīng)的調(diào)控主要與酶活性有關(guān)(概念圖)。本研究結(jié)果對于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的維持具有重要意義,比如造林實踐中菌根類型的選擇可能會對植物生產(chǎn)力、土壤碳儲等產(chǎn)生不同的影響。 本研究以“Arbuscular mycorrhizal trees cause a higher carbon to nitrogen ratio of soil organic matter decomposition via rhizosphere priming than ectomycorrhizal trees”為題在Soil Biology & Biochemistry在線發(fā)表。地下生態(tài)過程組副研究員陰黎明為論文第一作者,王朋研究員和北京大學朱彪研究員為共同通訊作者。本研究受到國家重點研發(fā)專項和國家自然科學基金委等項目的資助。

木本植物菌根真菌調(diào)控根際激發(fā)效應(yīng)概念圖




