北京林业大学草业与草原学院科研团队围绕青藏高原高寒草地关键土壤微生物功能群-丛枝菌根真菌的群落变化及生态功能，通过围封实验和同位素标记，探索了植物-微生物-土壤相互作用的机制，近期取得的新进展分别发表于国际一流期刊《Plant and Soil》和《Journal of Integrative Agriculture》。
植物不仅通过根表皮和根毛直接吸收土壤养分，还能通过与微生物共生拓宽养分吸收渠道。丛枝菌根真菌（简称AM真菌）的菌丝体能将植物吸收范围扩大至数米，强化其对矿质养分的获取。作为交换，植物需向AM真菌提供碳水化合物，以维持菌根共生关系。在土壤养分变化时，植物需在根系与菌根途径间权衡碳投入与资源收益。但目前，关于这两条途径对植物养分吸收的直接贡献及碳经济仍知之甚少。特别是青藏高原高寒草地生态系统，受寒冷干旱、土壤贫瘠及大气氮沉降增加的影响，土壤有机质矿化慢，植物生长显著受氮养分的限制，研究氮沉降增加与资源限制如何影响植物的氮吸收策略具有尤为重要的科学意义。
研究团队以高寒草原优势种紫花针茅为对象，结合乡土AM真菌接种与15N/13C同位素示踪，发现低氮处理时植株更依赖菌根途径获取土壤氮。氮水平变化没有显著改变分配给AM真菌的植物碳。通过比较氮效益与碳成本的比值，低氮处理最大限度地发挥土著AM真菌在高寒植物氮吸收中的作用。该研究的结果加深了我们对AM真菌在氮循环及植物应对氮限制机制的理解。
图1. 氮碳同位素双标记实验装置示意图
图2. 菌根途径贡献与途径偏好指数研究结果
上述成果以“Nitrogen level determines arbuscular mycorrhizal fungi nitrogen uptake rate of Stipa purpurea in alpine steppe”为题，于近期发表在国际重要期刊Plant and Soil（中国科学院二区TOP，五年平均影响因子：4.6）上。
研究工作得到了第三次新疆综合科学考察项目（2022xjkk0403）和国家自然科学基金项目（31800380）的资助。
北京林业大学21级博士研究生孙佳慧为第一作者，张静副教授为通讯作者。草学院纪宝明教授、中国科学院大学王艳芬教授和崔骁勇教授、中国农业大学张林教授共同参与了此项研究工作。
论文链接: https://doi.org/10.1007/s11104-024-07106-7
围封禁牧是退化高寒草原自然恢复的主要手段，通过消除家畜干扰，有效提升植物群落的覆盖度、多样性和生物量，进而促进土壤有机碳（SOC）的固定。此外，围封禁牧还通过调节微生物群落，特别是草地中至关重要的丛枝菌根（AM）真菌，影响SOC的形成与稳定性。AM真菌在植物向土壤传输光合碳中扮演着重要角色。尽管围封禁牧对植物群落的影响已有广泛研究，但关于其对AM真菌群落的影响，特别是不同围封时长下AM真菌群落的变化及其固碳作用，认知尚浅。当前SOC固持研究多集中于植物群落，而对AM真菌等微生物的贡献探讨不足，这限制了全面评估围封禁牧生态效益的能力。因此，两大核心科学问题亟待解答：围封如何影响AM真菌群落的组成与多样性？AM真菌群落的变化是否有利于SOC积累？
研究团队聚焦藏北高寒草原，对比了自由放牧、中期围封（5-6年）及长期围封（10+年）下的AM真菌群落特征，探究其对围封禁牧的响应及在土壤固碳中的作用。结果显示，随围封时间延长，Glomus相对丰度上升，而Diversispora下降。中期围封时，AM真菌菌丝密度与多样性达峰值。围封禁牧正向影响菌丝密度与群落组成，促进T-GRSP生成，利于SOC累积。研究指出，围封禁牧通过影响AM真菌群落，是促进SOC固持的关键机制，但长期围封未必提升真菌多样性与固碳功能。未来需量化AM真菌在草地恢复中对SOC的贡献。
图3. 围封禁牧后AM真菌群落对SOC的影响路径
上述研究成果以“Grazing exclusion enriches arbuscular mycorrhizal fungal communities and improves soil organic carbon sequestration in the alpine steppe of northern Tibet”为题，近期发表于中国科学院一区Top期刊《Journal of Integrative Agriculture》（影响因子：4.6）。
北京林业大学2022级博士研究生唐玉为第一作者，张静副教授为通讯作者，纪宝明教授参与了论文的研究工作。本研究得到了第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0304）和国家自然科学基金（31800380和31761123001-1）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.08.024
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