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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 毛竹扩张显著改变土壤呼吸组分（根系呼吸、菌丝呼吸、异养呼吸）；
2. 毛竹扩张显著改变了土壤酶活性和微生物群落组成；
3. 丛枝菌根真菌菌丝对毛竹林土壤酶活性和微生物群落组成的影响更大；
毛竹向阔叶林扩张增加了丛枝菌根真菌菌丝途径的有机碳损失。
01
研究背景
丛枝菌根（AM）真菌能与80%以上的陆生植物建立互惠共生关系，宿主植物为AM真菌提供碳源，AM真菌则是帮助植物吸收土壤中的矿质养分。以往的研究表明，AM真菌获得了宿主植物光合产物的6-20%，AM菌丝呼吸约占土壤呼吸的20%，是土壤呼吸重要的组成部分。然而，AM菌丝呼吸对土壤呼吸的贡献可能因为植被类型的不同而改变，目前还鲜有研究关注。
毛竹是一种典型与AM真菌共生的植物，广泛分布于亚热带地区。毛竹可依靠其竹鞭迅速向邻近森林扩张，并对植物多样性和生物量产生负面影响，从而影响AM菌丝与植物之间的互惠共生。之前的研究表明，毛竹的扩张显著改变了土壤AM真菌群落，增加了AM真菌生物量。此外，毛竹扩张减少了凋落物输入，降低了土壤酶活性，改变了土壤微生物群落组成。这些变化可能会潜在地改变土壤呼吸组分，并进一步影响土壤有机碳的固存。然而，关于毛竹扩张如何影响土壤呼吸组分以及细根和AM真菌对土壤呼吸贡献的研究还相对较少。
02
研究方法
试验地点位于浙江省安吉灵峰寺林场。该地属亚热带季风气候，海拔100-250 m，年平均气温约16.1℃，年平均降水量1430 mm。该地区的土壤类型为山地红壤。本研究建立了三个毛竹扩张带，在每个扩张带中的阔叶纯林、阔叶-毛竹混交林和毛竹纯林中分别建立样方。在每个样方中设置一套微宇宙系统（图1），包括Root+Myc+Mic（无筛网覆盖，允许植物根系、菌丝及自由微生物的进入），Myc+Mic（35 μm筛网覆盖，允许菌丝及自由生微生物进入，排除植物根系），Mic（1 μm筛网覆盖，仅允许自由微生物进入，排除植物根系和菌丝）。随后利用静态箱-气相色谱法测定土壤呼吸，并采集微宇宙内土壤测定土壤基本理化性质和酶活性，结合高通量测序技术，分析土壤微生物群落组成。
图1｜微宇宙装置示意图
03
研究结果
毛竹扩张减少了土壤总呼吸、根系呼吸和异养呼吸的累积二氧化碳通量（平均降低19.01%、30.34%和29.92%），而AM菌丝的累积二氧化碳通量显著上升（比阔叶林增加78.67%）。毛竹扩张显著降低了土壤有机碳含量、细菌和真菌丰度以及参与碳、氮和磷循环的酶活性，而增强了细菌群落成员之间的相互作用。AM菌丝的生长增加了毛竹林土壤β-葡萄糖苷酶和N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶的活性，降低了细菌群落成员之间的相互作用。土壤异养呼吸的变化与土壤酶活性和真菌丰度呈正相关。综上所述，我们的研究结果表明，毛竹扩张通过降低土壤微生物活性而降低了土壤异养呼吸，但增加了AM菌丝呼吸对土壤呼吸的贡献，这可能增加了通过AM菌丝造成的土壤碳损失。
图2｜土壤含水率(a)、温度(b)、总呼吸(c)、根系呼吸(d)、菌丝呼吸(e)及异养呼吸(f)的动态变化
图3｜土壤呼吸组分(a)的年累积二氧化碳通量；根系呼吸、菌丝呼吸和异养呼吸对土壤总呼吸的相对贡献(b)
图4｜毛竹扩张对β-葡萄糖苷酶(a)、β-纤维二糖苷酶(b)、亮氨酸氨基肽酶(c)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(d)和磷酸酶(e)的影响
图5｜毛竹扩张对细菌(a)和真菌(b)的丰度，真菌：细菌比(c)，主要细菌类群的相对丰度(d)，不同处理对主要
图6｜不同林分和不同微宇宙系统中细菌共现性网络分析
图7｜土壤呼吸与土壤理化性质、酶活性及微生物群落特征的相关性分析
Cite this article
Jin, W.H., Tu, J.Y., Wu, Q.F., Peng, L.Y., Xing, J.J., Liang, C.F., Shao, S., Chen, J.H., Xu, Q.F., Qin, H., 2023. Moso bamboo expansion decreased soil heterotrophic respiration but increased arbuscular mycorrhizal mycelial respiration in a subtropical broadleaved forest. For. Ecosyst. 10, 100116
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2023.100116
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2023.100116
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《森林生态系统(英文)》（Forest Ecosystems）是由教育部主管、北京林业大学主办的林学、生态学类的开放获取学术期刊。主要收录森林生态系统、森林群落、森林环境、遥感、气候变化、大数据等相关研究领域的高质量、原创性研究论文和评论性文章。影响因子4.1，在中科院期刊分区表中居农林科学大类一区，林学小类一区。
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