在全球變化背景下，大氣氮沉降持續(xù)增加。
氮，既是植物生長的重要養(yǎng)分，也可能悄然改變地下生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行方式。
在土壤碳循環(huán)中，叢枝菌根真菌（AMF）長期被認(rèn)為是連接植物與土壤的重要“橋梁”。然而，它們自身的呼吸作用——尤其是菌絲呼吸，在多大程度上參與土壤碳釋放？又會(huì)如何響應(yīng)不斷增加的氮輸入？一直缺乏直接證據(jù)。
基于此，來自中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所牛書麗老師團(tuán)隊(duì)在青藏高原高山草甸開展了長期田間實(shí)驗(yàn)，研究了氮添加對AMF菌絲呼吸作用的影響。其相關(guān)研究刊發(fā)在《Functional Ecology》。該團(tuán)隊(duì)通過微孔網(wǎng)格排除法，成功分離并定量了AMF菌絲的呼吸作用，揭示了AMF菌絲呼吸對氮添加的閾值效應(yīng)，明確了氮添加如何在超過一定閾值后顯著抑制AMF的呼吸作用，從而為進(jìn)一步理解氮沉降對草甸生態(tài)系統(tǒng)碳排放的潛在影響提供了科學(xué)依據(jù)。
圖1.施氮樣地的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。
研究方法
研究在四川若爾蓋高寒草甸設(shè)置了6 個(gè)氮添加水平（0、2、4、8、16、32 g N·m-2·year-1），模擬從當(dāng)前背景到未來潛在高氮情景。
通過微孔篩網(wǎng)排除法，研究人員將：
土壤總呼吸
異養(yǎng)呼吸
AMF 菌絲呼吸
進(jìn)行分離與定量，并同步監(jiān)測植物群落、土壤理化性質(zhì)及AMF 群落結(jié)構(gòu)。
為避免裝置擾動(dòng)帶來的誤差，所有菌絲呼吸測量均在裝置安裝2 年后 才正式開展，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。2022年5月至9月生長季期間，每月兩次在晴天9:00至14:00之間，使用PS-3010超便攜CH4/CO2土壤呼吸系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）監(jiān)測土壤CO?通量。
圖2.土壤呼吸組分微孔篩網(wǎng)排除法示意圖。
圖3.不同氮添加處理下叢枝菌根真菌（AMF）菌絲呼吸[RAMF (a, b)]、AMF菌絲呼吸/自養(yǎng)呼吸[RAMF/Ra (c, d)]和AMF菌絲呼吸/土壤呼吸[RAMF/Rs (e, f)]的季節(jié)動(dòng)態(tài)和平均值。
圖4.不同施氮處理下土壤呼吸（Rs，a，b）的季節(jié)動(dòng)態(tài)及平均值。
圖5.方差分解分析（a）和層次分解（b）說明了土壤、植物和叢枝菌根真菌（AMF）因素對土壤AMF菌絲呼吸（RAMF）的影響。
主要發(fā)現(xiàn)
?。?）AMF菌絲呼吸對氮添加呈閾值效應(yīng)，8 g N·m?2·year?1為臨界值。同時(shí)，氮添加使得土壤呼吸也呈季節(jié)性變化，且與AMF菌絲呼吸的季節(jié)性變化勢一致；
?。?）AMF菌絲呼吸占土壤總呼吸的33%，自養(yǎng)呼吸的55%，是土壤碳釋放的重要貢獻(xiàn)者；
?。?）土壤因素（如無機(jī)氮、pH和濕度）是AMF菌絲呼吸變化的核心驅(qū)動(dòng)因素，植物和AMF因素的貢獻(xiàn)較??；
?。?）高氮添加通過增加土壤無機(jī)氮、酸化和水分減少，抑制AMF活性和呼吸，同時(shí)植物多樣性和根系生物量下降，進(jìn)一步加劇了AMF菌絲呼吸的降低。
結(jié)語
該研究通過長期氮添加梯度實(shí)驗(yàn)與微孔篩網(wǎng)排除法，在高寒草甸中明確AMF菌絲呼吸對氮輸入的閾值響應(yīng)，揭示了土壤-植物-真菌系統(tǒng)協(xié)同調(diào)控地下碳釋放的關(guān)鍵機(jī)制。這些新發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了將土壤RAMF納入碳循環(huán)模型并表征其閾值響應(yīng)的重要性。未來，也可在不同生態(tài)系統(tǒng)開展類似梯度實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證閾值普適性，并深入探究菌絲殘?bào)w對土壤碳固定的貢獻(xiàn)，從而更完整地揭示菌根真菌在全球碳循環(huán)中的作用。
發(fā)表期刊：Functional Ecology【影響因子：5.1】
研究單位：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)野外觀測研究站等
研究地點(diǎn)：四川若爾蓋高寒草甸
使用設(shè)備：PS-3010超便攜CH4/CO2土壤呼吸系統(tǒng)
DOI: 10.1111/1365-2435.70033
