写在前面
菌根真菌作为生态系统的重要组成部分，在调控陆地生态系统的碳储量、植物养分有效性、生物多样性中起着关键作用。菌根真菌对土壤有机碳过程的驱动机制已有广泛报道，然而菌根真菌如何与矿物相互作用及其对土壤有机碳的驱动过程还少有报道。考虑到生物与非生物共同驱动的土壤有机碳过程是认识陆地生态系统碳库容量、过程与机制的关键，开展植物-菌根-矿物互作驱动土壤有机碳过程具有重要的科学意义。
浙江大学罗煜、徐建明等在国家自然科学基金等项目资助下，与天津大学余光辉教授、西南大学何新华教授、中科院沈阳应用生态研究所梁超研究员、浙江农林大学秦华教授等合作，利用稳定性同位素、分子生物、同步辐射等技术手段，开展了菌根真菌与矿物互作关系对根际沉积碳的分配、周转与积累的研究并取得进展，成果以题为 “Arbuscular mycorrhizal fungi and goethite promote carbon sequestration via hyphal-aggregate mineral interactions” 发表在Soil Biology and Biochemistry (162: 108417)。论文第一作者是浙江大学土壤学科博士毕业生Peduruhewa H. Jeewani，通讯作者是罗煜副教授。
图1. 同位素标记根箱与菌根接种
1. 菌根-针铁矿-团聚体的固碳机制
利用13CO2标记玉米（Zea mays L），研究接种菌根真菌（Glomus caledonium）与添加针铁矿对根系分泌物的固持效应，结果发现根际沉积积累受到土壤生物-化学-物理因子共同驱动：i）针铁矿通过“铁有机复合物”（Fe-OM）固持根系分泌物；ii）菌根真菌促进了大团聚体的形成，并促进了Fe-OM在大团聚体中的积累（图2a）。微区同步辐射红外光谱（µ-FTIR）验证了菌根团聚对铁有机复合物的保护作用，发现根际沉积碳与针铁矿主要在1-10 µm空间上形成铁有机复合物（图2b）且保护在由菌丝促进形成的大团聚体内（10-100 µm）。
图2. 菌根真菌与针铁矿对根际沉积碳的积累
2. 菌根与非菌根微生物细菌腐生真菌互作与土壤有机碳矿化
尽管针对菌根真菌驱动本底有机碳矿化（激发效应）的研究已有大量报道，菌根真菌与非菌根微生物（如细菌、腐生真菌等）间互作关系及其对土壤有机碳矿化影响的研究还较少。结果表明，菌根真菌对有机碳矿化有直接贡献，此外还可通过影响其它类型微生物，如腐生真菌、外生菌根真菌（Talaromyces)、共生细菌（假单胞菌、伯克霍尔德菌等hyper-symbiont）等促进土壤有机碳的矿化（图3）。
图3. 土壤有机碳过程的驱动因子及贡献
3. 土壤有机碳矿化与积累的平衡
首次量化了菌根真菌与（或）针铁矿对有机碳积累和矿化的贡献大小，根据表 1每日有机碳输入输出评估了土壤有机碳的盈亏，发现接种菌根真菌导致根际沉积每天固持有机碳量约为 6.2 mg C kg-1，这与有机碳矿化量（约6.1 mg C kg-1）大体相当。与对照相比，菌根真菌导致土壤有机碳日矿化量增加 2.6 mg C kg-1，与此同时也提高了根际沉积碳（2.2 mg C kg-1）在土壤中的积累，促进了新的土壤有机质形成。
表1. 土壤有机碳矿化积累平衡的量化
写在后面
本研究揭示了针铁矿沉淀（1-10 µm）与菌丝团聚（10-100 µm）过程的空间关联，综合考虑并量化了生物-化学-物理过程对有机碳周转的贡献，提供了菌根-矿物-团聚协同驱动土壤固碳的证据。值得注意的是，菌根真菌同时促进了有机碳矿化与根际沉积碳的固持，表明含有菌根真菌的植物土壤体系中的有机碳周转速率更快，菌根真菌在成土过程（有机质形成）中的重要性不可忽视。
论文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071721002911?dgcid=author
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