028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

日期: 2026-05-20
标签: 柳雄辉

菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

文献信息:

原名:Mycorrhizal Type Defines Priming Effects in Organic and Mineral Forest Soils

译名:菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

期刊:Global Change Biology

IF:12.0

发表日期:2026年3月

第一作者:柳雄辉 中南林业科技大学

通讯作者:陈亮教授 中南林业科技大学

 

背景:

森林土壤有机碳是陆地碳库的核心,其周转受微生物激发效应(新鲜碳输入改变原有SOC分解速率)的影响。丛枝菌根(AM)与外生菌根(ECM)树种会形成不同的土壤环境,显著影响碳库分布与稳定性。现有研究已证实菌根类型驱动土壤碳循环差异,但菌根类型如何在不同土壤深度上调控激发效应,目前尚不清楚。

 

研究目的:

明确菌根类型(AM/ECM)如何调控森林土壤激发效应,以及这种调控是否存在土层深度依赖性。当前研究大多仅关注表层土壤,仍不清楚在有机层与矿质层中,菌根如何通过碳库稳定性、氮素有效性、微生物功能基因等途径差异调控激发效应,缺乏菌根类型与土层深度交互作用下土壤激发效应的机制解析。

 

实验设计:

1、采样地点:中国湖南省长沙县大山冲森林公园(28°23′N,113°19′E)。该森林公园是中国东南部典型的亚热带天然林,年均降水量1416 mm,年均气温17.3℃,优势树种林龄约65 年,土壤类型为红色壤土。

2、样地设置:根据菌根类型梯度设置27 个样地( 10 m×10 m ),分为三组:外生菌根(ECM)样地、丛枝菌根(AM)样地、混合样地。其中ECM 树种包括:青冈、石栎、马尾松、白栎等;AM 树种包括:日本杜英、香樟、南酸枣、杉木等。

3、土壤采样:在每个样地分别采集0-10 cm有机表土和10-30 cm矿质下层土。每个样地设置 5 个采样点:中心 1 个、四角等距各 1 个,随后按深度混合为一个混合样品。总计获得54 个样品(27 个样地 × 2 个土层)。

4、室内培养实验:采用¹³C 同位素标记葡萄糖添加培养,精准区分外源碳与土壤原有有机碳的分解,量化激发效应。

5、检测指标:CO2浓度、13C同位素、含水率、pH、有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、可溶性有机碳、可溶性总氮、全磷、速效磷、颗粒有机碳、矿物结合态有机碳、微生物量碳、微生物量氮、酶活((β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-D-纤维二糖水解酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、酚氧化酶)、微生物碳利用效率、宏基因组、碳降解功能基因。

 

结果:

(1)在有机层中,随着 ECM 树种优势度增加,土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、碳氮比及碳循环酶(BG、CBH、PPO)均显著升高,而土壤 pH、溶解性有机碳(DOC)和硝态氮(NO₃⁻)含量显著降低。然而在较深的矿质层中,随着 ECM 树种优势度增加,SOC、矿物结合态有机碳(MAOC)、DOC、NO₃⁻、微生物生物量碳(MBC)及 pH 均呈下降趋势(图 1)。

菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

图 1 在有机表层土(0-10cm)和矿质底土(10-30cm)中,叶片凋落物、土壤功能性碳库、理化性质、微生物生物量以及碳降解酶随ECM树种优势度梯度的变化


(2)葡萄糖添加在不同土层间产生截然相反的效应:与不添加葡萄糖的对照相比,有机层中土壤有机碳源 CO₂累积释放量显著升高,而矿质层中则显著降低(图 2a、b)。菌根优势度对两个土层的激发效应强度呈相反影响(图 2c)。有机层中 AM 主导样地激发效应显著强于 ECM 样地,而矿质层呈现相反格局(图 2d)。

菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

图 2 ECM树种优势度对土壤有机质分解激发效应的影响

 

(3)激发效应的强度与SOC库密切相关,但这些关系依赖于土壤深度(图3)。在有机表层土和矿质底土中,激发效应均随SOC含量的增加而持续下降(p < 0.05,图3a、d)。具体而言,在有机表层土中,激发效应的强烈下降与POC相关(图3b),而在矿质底土中,这种下降则与MAOC相关(图3f)。

菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

图 3 有机表层土(a、b、c)与矿质底土(d、e、f)中 28 天累积激发效应与土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MAOC)的回归关系

 

(4)负责降解碳底物的微生物功能基因与激发效应密切相关(图 4a)。激发效应随活性碳降解相关基因丰度的升高而增强,例如rhaT、 lacD 以及malZ 基因。相反,激发效应随难降解碳分解相关基因丰度的升高而减弱,例如abB 和ligA 基因(图 4b)。

菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

图 4 在有机表层土和矿质底土中,28天培养期内累积激发效应与碳降解功能基因丰度的相关性以及选定的关键基因


(5)总体而言,路径模型结果显示,ECM 树种优势林下的土壤与微生物特征共同解释了激发效应的近 50%(有机表土)和超过三分之一(矿质层土)的变异(图 5)。在有机表土中,激发效应减弱主要直接归因于土壤有机碳稳定性(化学难降解性);土壤速效养分(硝态氮 NO₃⁻、有效磷 AP)等理化性质,则通过对微生物群落和功能基因表达的正向作用,间接影响激发效应(图 5a、b)。在矿质层土中,激发效应同样最直接受土壤有机碳稳定性(矿物保护)和微生物功能基因调控,并间接受土壤 pH、NO₃⁻等理化性质以及微生物生物量氮(MBN)、真菌细菌比(F:B)等微生物群落特征影响(图 5c、d)。

菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

图 5 在有机表层土和矿质底土中,ECM树种优势度通过SOC稳定性、土壤性质、微生物群落、微生物碳分解基因和酶对累积激发效应(28天后)的影响

 

结论:

本研究以亚热带次生林菌根类型为对象,结合 ¹³C 葡萄糖标记与宏基因组分析,揭示了菌根类型对土壤激发效应的土层分异调控机制(图6)。结果表明,AM 与 ECM 优势林在有机层与矿质层呈现截然相反的激发效应:有机层以正激发为主,ECM 林因难分解颗粒有机碳积累、真菌占比高,激发效应显著更弱;矿质层以负激发为主,AM 林因矿物结合态有机碳固持强、氮素有效性高,负激发效应更强。菌根类型通过碳库稳定性、氮素有效性、微生物群落及功能基因的深度差异调控激发效应。研究强调,土层深度是关键因子,仅分析表层土壤会造成碳循环认知偏差,为精准预测森林碳动态提供科学依据。

菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应

图 6 林木菌根类型通过土层深度依赖性机制调控土壤有机质激发效应的概念框架


  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2026 - 09 - 28
    文献信息原名:Global patterns and drivers of soil microbial nitrogen and phosphorus use efficiency译名:土壤微生物氮磷利用效率的全球格局与驱动因子期刊:Nature CommunicationsIF:18.1发表日期:2026年3月17日(在线发表)第一作者:高德才(中国科学院地理科学与资源研究所)背景氮(N)和磷(P)是限制陆地生态系统生产力的两大营养元素。为了应对养分限制,植物和土壤微生物进化出了多种策略来提高N和P的利用效率(NUE, nitrogen use efficiency; PUE, phosphorus use efficiency)。微生物NUE和PUE代表了微生物将同化的N和P分配给生物合成(主要是生长)与矿化途径的比例,反映了养分同化与潜在矿化之间的代谢投资策略。尽管NUE和PUE是关键的微生物功能性状,但其全球格局此前缺乏系统的量化评估。这限制了将微生物性状整合到基于微生物过程的土壤碳和养分循环模型中。鉴于气候变化和土地利用变化等人为活动对全球养分循环的干扰日益加剧,这一知识空白显得尤为紧迫。科学问题(1)评估全球尺度上土壤微生物氮利用效率(NUE)和磷利用效率(PUE)的分布格局,以及不同生物群系之间的差异;(2)量化气候、植被和土壤因子对微生物NUE和PUE的相对重要性,识别调控其全球格局的主导驱动因子。材料与方法(1)数据来源:从Web of Science和Google Scholar数据库提取截至2022年发表的同行评审文献,搜索关键词为“extracellular enzyme” 、 “enzymatic activity” 和“soil enzyme activity”。数据筛选后纳入213篇文献,获得2012个NUE观测值和3419个PUE观测值。(...
  • 点击次数: 0
    2026 - 09 - 17
    全氟及多氟烷基物质(PFAS)是一类人工合成的含氟有机物。其碳氟键高度稳定,使这类物质具备耐热、耐腐蚀、抗氧化、疏水疏油及表面活性等性能,因而被广泛用于不粘锅、食品包装、防水纺织品和消防泡沫等。也正因结构稳定,PFAS难以在环境中自然降解,被称为“永久性化学物质”。目前,PFAS已在全球多种环境介质中被检出,并能随水流、大气和生物活动远距离迁移,经饮水、食物、空气和皮肤接触等途径进入人体,成为广受关注的环境健康问题。土壤是PFAS在陆地环境中的重要蓄积介质,也可能成为其向地下水、农作物和食物链迁移的起点。因此,PFAS的测定和研究,对污染筛查和风险管控具有重要意义。如下土壤中全氟化合物的液相色谱-三重四极杆质谱测定方法。一、仪器和设备采样容器(不含氟聚合物材质容器)、液相色谱-三重四极杆质谱仪、冷冻干燥仪、提取装置(水平振荡仪或其他性能相当的设备)、离心机、涡旋振荡混匀器、固相萃取装置。二、测定方法样品前处理:称取自然阴干或冷冻干燥的样品1.0g于离心管,加10ng提取内标,涡旋混匀,静置30min。加15mL氨水-甲醇,混匀,振荡1h,离心,收集上清液。继续用10ml、5mL氨水-甲醇各重复提取一次,合并3次上清液。浓缩至约4mL,加40mL水,用氨水或乙酸调节pH6~7。固相萃取净化:分别用氨水-甲醇、甲醇、水活化弱阴离子交换固相萃取柱,上样,分别用水、乙酸铵缓冲液淋洗柱子,弃去以上流出液。氮气吹干小柱,分别用甲醇、氨水-甲醇洗脱,收集洗脱液,浓缩至近干,加10ng进样内标,用甲醇定容至1.0mL,过0.22µm有机滤膜,待测。三、标准曲线绘制分别取适量标准标准溶液、提取内标及进样内标溶液,用甲醇定容至1mL,配制成目标物质量浓度为:1.0ng/mL、2.0ng/mL、5.0ng/mL、10ng/mL、20ng/mL、50ng/mL、100ng/mL,提取内标...
  • 点击次数: 0
    2026 - 09 - 17
    即日起至2026年12月31日,凡在栢晖测定FTICR-MS,三维荧光光谱(EEM),CT扫描,PY-GCMS,13C-NMR,X射线衍射(XRD),即可免费获取相关指标数据分析处理、图谱绘制等服务。01FTICR-MS基础服务:包括分子组成分析、Van Krevelen plots、Kendrick plots、NOSC图、DBE-O图等增值服务:复现文献中的相关图片和分析。分子组成分析可视化02三维荧光光谱(EEM)预处理:扣除空白水样,矫正内滤效应,去除瑞丽散射与拉曼散射,进行拉曼归一化处理基础服务:包括三维荧光指数表,各组分最大荧光强度、Ex载荷和Em载荷,各区域的荧光积分表等三维荧光指数计算:生物指数(BIX)、荧光指数(FI)、腐殖化指数(HIX)03CT扫描基础服务:包括土柱三维图、空隙提取,连通空隙、孤立空隙提取等,各指标计算表格04PY-GCMS基础服务:包括分子结构、基于化学结构分类等0513C-NMR基础服务:包括各碳种类的相对丰度等06X射线衍射(XRD)基础服务:包括获取物相和PDF卡片,绘制相关图
  • 点击次数: 0
    2026 - 09 - 11
    CUE / 18O-H2O示踪法微生物碳利用效率是指微生物分配给生长的碳量占吸收总碳量的比率,它反映了微生物合成代谢和分解代谢之间的平衡。影响土壤CUE的因素是多方面的,包括非生物因素(如pH、温度、水分和土壤质地等)和生物因素(如微生物群落结构、微生物多样性和生物量等)。这些因素通过复杂的相互作用影响CUE,从而影响土壤碳循环和生态系统功能。实验流程计算公式NUE / 15N同位素稀释法微生物氮利用效率是指微生物将获得的有机氮分配到生物量形成过程中的效率,相对于超过氮素矿化释放的微生物需氮量。土壤微生物NUE 受多重因素耦合调控,可划分为非生物因素(温度、水分、pH、土壤质地、养分化学计量比等)与生物因素(微生物群落结构、多样性、生物量及代谢途径等)。各因素通过交互作用调控微生物氮代谢过程,改变NUE水平,进而影响土壤氮循环效率与生态系统氮素平衡。实验流程计算公式CAE / 13C-葡萄糖标记法在 ¹³C‑葡萄糖添加培养实验下,外源底物碳经过微生物转化后,保留在土壤体系内的碳占总输入底物碳的比例;用来表征土壤微生物碳泵框架下,微生物将活性底物转化、留存为微生物源碳的综合转化积累效率。实验流程计算公式
文体活动 MORE+
案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
微信公众号
检测咨询热线
 
地址:四川省成都市成华区龙潭街道成业路7号联东U谷二期7栋10楼
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
官方热线:028 8525 3068
投诉电话:18181920125
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务