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成都生物所在亚高山针叶林菌根-土壤互作过程研究中获进展

2019-06-26 成都生物研究所
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  作为链接植物-土壤系统物质循环的纽带,根系在调控森林碳、养分循环过程中发挥着极其重要的作用,根系生命活动所介导的土壤物质循环过程已成为森林地下生态过程的关键环节和研究热点。外生菌根作为森林生态系统中一种普遍的菌根类型,可通过不同途径与机理来调控土壤C/N循环过程,加剧了森林根系-土壤-微生物互作过程的复杂性和不可预知性。然而,目前的实验研究和理论模型大都将根系和菌根真菌外延菌丝视为一个整体进行考虑,而缺乏进一步区分和精准辨识森林根系/菌丝途径对土壤生态过程和功能的差异化影响,导致对森林根系-土壤-微生物互作过程及其生态重要性依然缺乏足够的认知和理解。因此,探究森林根系/菌丝途径-土壤互作过程差异及其潜在调控机理已经成为深入认识森林生态系统养分物质周转不可或缺的关键环节(图1)。

  基于此,中国科学院成都生物研究所森林过程与调控项目组博士张子良在研究员刘庆和尹华军的指导下,以外生菌根高度共生的西南亚高山针叶林(人工云杉林和天然针叶林)为研究对象,采用不同孔径的内生长管原位区分根系和外延菌丝并结合稳定同位素技术,定量辨识根系C/菌丝C输入通量,量化根系C/菌丝C两种C输入途径对土壤CN转化过程的作用与相对贡献大小。研究发现,森林根系/菌丝C输入对土壤CN过程影响效应差异明显。具体而言,外延菌丝C输入途径对土壤中新C的贡献(~65%)远高于根系C输入途径(~35%)。进一步分析发现,虽然来源于菌丝/根系的新C输入诱导了相似的激发效应方向,但外延菌丝C输入诱导了更大的激发效应强度,约为根系C输入激发效应强度的2倍(图2);相似地,亚高山针叶林菌丝C输入对土壤N矿化的促进作用贡献约80%,而根系C输入的相对贡献仅为20%左右(3)

  通过同位素标记试验后进一步发现,森林外延菌丝/根系途径对土壤N源吸收也具有明显的差异。总体而言,该区植物主要通过根系途径吸收N,但外延菌丝对有机N源的吸收贡献明显,且非生长季菌丝途径对有机N源吸收贡献进一步增加。这些结果表明外生菌根(菌丝)在亚高山针叶林土壤养分循环过程及其群落稳定性等方面具有重要的生态学意义;同时上述研究也丰富和提升了典型高寒森林根系-土壤-微生物互作机理及其生态反馈效应的科学认知。

  以上研究结果分别发表在Soil Biology & Biochemistry (2018)Functional Ecology (2019)Soil Biology & Biochemistry (2019)上。该研究得到国家重点研发计划项目、中科院拔尖青年人才项目和国家自然科学基金等资助。

    论文链接:1 2 3

图1 森林生态系统地下根系/菌丝C输入和N吸收两种途径的示意图

    图2 根系/菌丝C输入对土壤原有C库激发效应的影响差异概念模型(*附注PE,激发效应;Native RC,土壤原有惰性CNative LC,土壤原有活性C)

 

图3 根系/菌丝C输入对土壤N转化过程的影响差异概念模型

 

图4 根系/菌丝两种途径对植物N吸收的相对贡献概念模型

打印 责任编辑:叶瑞优

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