Global Change Biology | 微生物群落响应氮肥的差异导致菌根真菌土壤碳存储的不同！

氮的大气沉积推动了温带森林树木生长的增加。然而，分解物投入的增加不能完全解释土壤碳(C)储量因氮肥化而增加的速度。相反，大多数证据指出土壤碳分解的减少可以解释这一现象。尽管有研究充分证明了N引起的分解减少，尤其是土壤呼吸的减少，但N减少或改变土壤微生物活性的机制尚不清楚。大多数研究将N诱导的真菌群落结构和基因表达的变化与土壤C分解的下降联系起来（微生物和碳循环；微生物和氮循环；“少肥多产”不是梦；Nature Communications | 微生物多样性驱动土壤碳利用）。相比之下，其他研究则强调细菌群落组成和功能的改变是这些下降的驱动力。虽然政策推动了包括美国东北部在内的一些地区大气中氮的沉积减少，但预计下个世纪全球氮的沉积量将增加一倍。因此，揭示N诱导的微生物迁移如何随森林类型和范围变化而变化的机制，对于预测陆地C汇命运的模型至关重要。

在以丛枝菌根真菌（AM）或外生菌根真菌（ECM）为主的土壤中，生物地球化学循环之间的差异可能解释了为什么土壤C对氮肥的反应在某些实验中与真菌群落结构和功能的变化以及在其他细菌中的细菌有关（Science | 菌根真菌可以塑造生态系统对环境变化的反应！）。AM与ECM二分法中可能导致这些差异的两个关键因素是依赖于根际刺激分解来获取营养，以及真菌与细菌控制分解。

近日，权威期刊Global Change Biology发表了美国西弗吉尼亚大学Joseph E. Carrara团队的研究论文，题为Differences in microbial community response to nitrogen fertilization result in unique enzyme shifts between arbuscular and ectomycorrhizal dominated soils。

尽管氮（N）沉积对地下碳（C）循环的影响各不相同，但新的研究表明，随着氮沉积量的增加，与外生菌根真菌（ECM）有关的树木占主导地位的森林土壤比与丛枝菌根（AM）有关的树木占主导地位的土壤存储的碳更多。本研究假设这是由于AM和ECM为主的土壤对N的独特养分循环响应。本文预计最大的N诱导的C和N循环的反应发生在ECM根际圈，并由真菌驱动。相反，由于AM树木依靠细菌在非根际土壤中循环N，最大的AM反应是由细菌的转变驱动，并发生在非根际土壤。为了验证这一假设，科研人员研究了美国缅因州Bear Brook分水岭的AM和ECM为主的非根际土壤、根际和有机层（OH）土壤中的微生物群落组成、宏转录组和胞外酶活性。27年的氮肥施加后，ECM土壤中的真菌群落组成发生了变化，但AM土壤中的细菌群落发生了变化。这些转变反映了两种菌根类型中C相对于N吸收酶活性的增强，但这发生在不同的土壤组分中。在ECM树林中，这些转变发生在根际土壤中，但在AM树林中，这些转变发生在非根际土壤中。此外，ECM OH土壤表现出相反的反应，C相对于N利用下降。由于根际土壤相对于非根际土壤只占土壤总体积的一小部分，加上ECM OH土壤中C对N酶活性的下降，本研究认为这可能部分解释了为什么ECM土壤比AM土壤因为N投入增加而储存更多的C。

图1. 施氮增加了AM和ECM非根际土壤和根际土壤中简单C（ß-葡糖苷酶）与养分利用酶活性的比率，但仅在AM非根际土壤和ECM根际土壤中增加了复杂C（酚氧化酶和过氧化物酶）与N的比率

图2. 氮肥改变了AM分根基土壤和ECM根际土壤的酶谱

图3. 施氮减少了AM土壤而不是ECM土壤中担子菌的丰度和木质素分解基因的转录

图4. 氮肥改变了AM土壤中的细菌群落和ECM土壤中的真菌群落

更多精彩内容，点击下方“往期回顾”

喜欢就转发、收藏，点“在看”