草业学院 | 胡水金教授团队揭示气候变暖与活性氮输入削弱土壤储碳能力的植物-微生物互作机制

近日，《Nature Communications》发表了sjb世俱杯官方网站草业学院胡水金教授团队的研究成果《Root traits and mycorrhizal fungi mediate reactive N and warming impacts on soil organic carbon》。该研究依托黄土高原半干旱草地长期全球变化定位试验站，通过连续多年野外氮添加与模拟增温实验，结合¹³C同位素示踪技术，首次系统揭示了氮沉降与气候变暖如何通过改变植物根系和丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）的互作关系，影响黄土高原半干旱草地土壤有机碳的动态与稳定性，为理解全球变化下陆地生态系统碳循环提供了新视角。

丛枝菌根真菌（AMF）是广泛存在于陆地生态系统中的重要植物共生微生物，在土壤有机碳的积累与分解过程中发挥关键调控作用。然而，在全球变化背景下，人类活动引起的活性氮输入和全球变暖如何通过植物根系和AMF互作影响土壤碳动态，其长期效应仍缺乏系统认识。

本研究聚焦草地生态系统，揭示了植物根系-AMF互作在全球变化情景下调控土壤碳汇功能的关键机制。研究表明，活性氮输入与气候变暖正以复杂且交互的方式影响草地生态系统的碳汇功能。首先，活性氮输入显著改变了植物群落组成，禾草逐渐取代杂类草，植物细根变得更长、周转更快，同时AMF群落向具有更发达菌丝网络的类群转变。这些变化增强了微生物对土壤有机碳的分解，进而削弱了土壤的固碳能力。其次，气候变暖通过加剧水分胁迫，促使植物采取更为保守的资源利用策略，表现为细根长度减少，而根系直径和组织密度增加，并直接降低了植物根系及AMF向土壤的碳输入。当氮输入和增温共同作用时，其负面影响呈叠加效应：植物向地下的碳分配进一步减少，同时与矿物结合的稳定有机碳库（MAOC）以及微生物残体碳均显著下降。该研究首次从“植物根系-菌根真菌-土壤碳库”整体框架出发，系统揭示了全球变化情景下地下生态过程的响应机制，为草地生态系统的可持续管理及基于自然的碳汇提升策略提供了重要科学依据。

该研究由sjb世俱杯官方网站草业学院生态系统生态学实验室、宁夏云雾山国家级自然保护区管理局、西北农林科技大学和中国科学院地球环境研究所合作完成。草业学院仇云鹏教授为本文第一作者，胡水金教授和张艺副教授为共同通讯作者。其他合作者还包括福建农林大学郭梨锦副教授，中山大学陈怀海教授，西北农林科技大学郭梁教授，中国科学院植物研究所刘玲莉研究员，中国科学院地球环境研究所王益博士，美国北卡州立大学Ripley Tisdale, Alex Woodley和Kevin Garcia教授，纽约州立大学宾汉姆顿分校Weixing Zhu教授。