氮沉降与干旱胁迫对樟子松外生菌根真菌及其介导的土壤碳循环过程的影响

As a critical link between trees and soil, ectomycorrhizal fungi (EMF) play important roles in multiple aspects of soil carbon (C) cycling. Understanding the mechanisms of how EMF affects soil C sequestration potential is important in the context of global change such as nitrogen (N) deposition and drought, which can greatly alter EMF community composition. However, it is still difficult to quantify C input to soil via extramatrical mycelia of EMF. Moreover, mechanisms underlying the interactive effects of EMF and saprotrophic fungi on soil organic matter decomposition are unclear. To bridge these gaps, this proposed project will be conducted to evaluate the effects of N addition and drought on community composition of EMF and its mediated soil C cycling in a Mongolian pine plantation in Keerqin Sandy Lands. EMF community composition, productivity and turnover of extramatrical mycelia of EMF, and magnitude of EMF affecting decomposition of organic horizon materials will be measured by the methods of high-throughput sequencing, ingrowth cores, and compartmented microcosms. This project aims to explore the response characteristics of EMF to N deposition and drought, quantify the contribution of extramatrical mycelia of EMF to soil C input, and elucidate the mechanisms of EMF mediating decomposition of organic horizon materials. These results are useful in assessing how EMF affects inputs and outputs of soil C in the context of N deposition and drought and provide theoretical basis for sustainable management of plantations in ecologically vulnerable regions.

作为连接树木与土壤的重要桥梁，外生菌根真菌在土壤碳循环的多个关键过程中发挥重要作用。在全球变化如氮沉降及降水格局变化等导致外生菌根真菌群落变化的背景下，探讨外生菌根真菌如何影响土壤碳汇功能显得尤为重要。然而，目前在准确量化根外菌丝对土壤碳输入的贡献上仍较为困难，对外生菌根真菌与腐生真菌相互作用调控土壤有机质分解的作用机制仍不清楚。为此，本项目依托模拟氮沉降和干旱胁迫试验平台，以科尔沁沙地樟子松人工林为研究对象，运用高通量测序技术、内生长法和隔网分室装置，测定外生菌根真菌群落组成、根外菌丝生产力和周转率、外生菌根真菌调控土壤有机层枯落物分解的作用强度，探讨外生菌根真菌对氮沉降与干旱胁迫的响应特征，量化根外菌丝对土壤碳输入的贡献，阐明外生菌根真菌调控枯落物分解的作用机制，评估氮沉降和干旱胁迫背景下外生菌根真菌在调控土壤碳输入、输出过程中的作用变化，为生态脆弱区人工林可持续经营提供科学依据。

作为连接树木与土壤的重要桥梁，外生菌根真菌在土壤碳循环的多个关键过程中发挥重要作用。在全球变化如氮沉降及降水格局变化等导致外生菌根真菌群落变化的背景下，探讨外生菌根真菌如何影响土壤碳汇功能显得尤为重要。然而，目前在准确量化根外菌丝对土壤碳输入的贡献上仍较为困难，对外生菌根真菌与腐生真菌相互作用调控土壤有机质分解的作用机制仍不清楚。为此，本项目以樟子松人工林的氮添加、凋落物管理和干旱胁迫样地为实验平台，研究了全球变化因子和人为干扰对外生菌根真菌及其介导的土壤碳循环过程的影响。本研究发现：. 1. 氮添加显著提高了土壤无机氮含量和氮转化速率，进而引起硝态氮流失和土壤酸化。相较于凋落物去除，凋落物加倍可减少硝态氮的流失，进而有效地缓解氮添加引起的土壤酸化。干旱胁迫显著降低了土壤无机氮含量、氮转化速率和有效磷含量。. 2. 氮添加显著降低了外生菌根真菌物种多样性。氮添加与干旱胁迫均显著改变了外生菌根真菌的群落组成。氮添加提高了Tomentella属的相对丰度，干旱胁迫显著提高了Tuber属的相对丰度。此外，凋落物加倍可有效缓解氮添加引起的外生菌根真菌物种多样性降低。. 3. 氮添加提高了外生菌根真菌根外菌丝的周转速率，但降低了根外菌丝的年生产量。干旱胁迫虽未显著影响根外菌丝的周转速率，但降低了根外菌丝的年生产量。因此，氮添加和干旱胁迫均减少了外生菌根真菌根外菌丝途径对土壤碳输入的贡献。. 4. 氮添加和干旱胁迫均显著改变了外生菌根真菌与腐生真菌间相互作用调控凋落物分解的作用强度。在对照样方，外生菌根真菌的存在显著降低了凋落物分解速率。然而，在氮添加或干旱胁迫样方，外生菌根真菌的存在并未显著影响凋落物分解速率。. 上述研究结果揭示了外生菌根真菌对氮沉降、凋落物管理以及干旱胁迫的响应机制，量化了根外菌丝对土壤碳输入的贡献及其对全球变化因子和人为干扰的响应，阐明了外生菌根真菌与腐生真菌相互作用影响凋落物分解的作用机理。