PS-3010
氮添加的“临界点”
正在重塑高寒草甸的地下碳释放
在全球变化背景下，大气氮沉降持续增加。
氮，既是植物生长的重要养分，也可能悄然改变地下生态系统的运行方式。
在土壤碳循环中，丛枝菌根真菌（AMF）长期被认为是连接植物与土壤的重要“桥梁”。然而，它们自身的呼吸作用——尤其是菌丝呼吸，在多大程度上参与土壤碳释放？又会如何响应不断增加的氮输入？一直缺乏直接证据。
基于此，来自中国科学院地理科学与资源研究所牛书丽老师团队在青藏高原高山草甸开展了长期田间实验，研究了氮添加对AMF菌丝呼吸作用的影响。其相关研究刊发在《Functional Ecology》。该团队通过微孔网格排除法，成功分离并定量了AMF菌丝的呼吸作用，揭示了AMF菌丝呼吸对氮添加的阈值效应，明确了氮添加如何在超过一定阈值后显著抑制AMF的呼吸作用，从而为进一步理解氮沉降对草甸生态系统碳排放的潜在影响提供了科学依据。
图1.施氮样地的试验设计。
研究方法
研究在四川若尔盖高寒草甸设置了6 个氮添加水平（0、2、4、8、16、32 g N·m-2·year-1），模拟从当前背景到未来潜在高氮情景。
通过微孔筛网排除法，研究人员将：
土壤总呼吸
异养呼吸
AMF 菌丝呼吸
进行分离与定量，并同步监测植物群落、土壤理化性质及 AMF 群落结构。
为避免装置扰动带来的误差，所有菌丝呼吸测量均在装置安装2年后才正式开展，确保数据稳定可靠。2022年5月至9月生长季期间，每月两次在晴天9:00至14:00之间，使用 PS-3010超便携CH4/CO?土壤呼吸系统（北京理加联合科技有限公司）监测土壤 CO?通量。
图2.土壤呼吸组分微孔筛网排除法示意图。
图3.不同氮添加处理下丛枝菌根真菌（AMF）菌丝呼吸[RAMF (a, b)]、AMF菌丝呼吸/自养呼吸[RAMF/Ra (c, d)]和AMF菌丝呼吸/土壤呼吸[RAMF/Rs (e, f)]的季节动态和平均值。
图4.不同施氮处理下土壤呼吸（Rs，a，b）的季节动态及平均值。
图5.方差分解分析（a）和层次分解（b）说明了土壤、植物和丛枝菌根真菌（AMF）因素对土壤AMF菌丝呼吸（RAMF）的影响。
主要发现
（1）AMF菌丝呼吸对氮添加呈阈值效应，8 g N·m?2·year?1为临界值。同时，氮添加使得土壤呼吸也呈季节性变化，且与AMF菌丝呼吸的季节性变化势一致；
（2）AMF菌丝呼吸占土壤总呼吸的33%，自养呼吸的55%，是土壤碳释放的重要贡献者；
（3）土壤因素（如无机氮、pH和湿度）是AMF菌丝呼吸变化的核心驱动因素，植物和AMF因素的贡献较小；
（4）高氮添加通过增加土壤无机氮、酸化和水分减少，抑制AMF活性和呼吸，同时植物多样性和根系生物量下降，进一步加剧了AMF菌丝呼吸的降低。
结语
该研究通过长期氮添加梯度实验与微孔筛网排除法，在高寒草甸中明确AMF菌丝呼吸对氮输入的阈值响应，揭示了土壤-植物-真菌系统协同调控地下碳释放的关键机制。这些新发现强调了将土壤RAMF纳入碳循环模型并表征其阈值响应的重要性。未来，也可在不同生态系统开展类似梯度实验，验证阈值普适性，并深入探究菌丝残体对土壤碳固定的贡献，从而更完整地揭示菌根真菌在全球碳循环中的作用。
发表期刊：Functional Ecology【影响因子：5.1】
研究单位：中国科学院地理科学与资源研究所、四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外观测研究站等
研究地点：四川若尔盖高寒草甸
使用设备：PS-3010超便携CH4/CO2土壤呼吸系统
DOI: 10.1111/1365-2435.70033
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