草業與草原學院科研團隊圍繞青藏高原高寒草地關鍵土壤微生物功能群-叢枝菌根真菌的群落變化及生態功能，通過圍封實驗和同位素標記，探索了植物-微生物-土壤相互作用的機制，近期取得的新進展分別發表于國際一流期刊《Plant and Soil》和《Journal of Integrative Agriculture》。
植物不僅通過根表皮和根毛直接吸收土壤養分，還能通過與微生物共生拓寬養分吸收渠道。叢枝菌根真菌（簡稱AM真菌）的菌絲體能將植物吸收范圍擴大至數米，強化其對礦質養分的獲取。作為交換，植物需向AM真菌提供碳水化合物，以維持菌根共生關系。在土壤養分變化時，植物需在根系與菌根途徑間權衡碳投入與資源收益。但目前，關于這兩條途徑對植物養分吸收的直接貢獻及碳經濟仍知之甚少。特別是青藏高原高寒草地生態系統，受寒冷干旱、土壤貧瘠及大氣氮沉降增加的影響，土壤有機質礦化慢，植物生長顯著受氮養分的限制，研究氮沉降增加與資源限制如何影響植物的氮吸收策略具有尤為重要的科學意義。
研究團隊以高寒草原優勢種紫花針茅為對象，結合鄉土AM真菌接種與15N/13C同位素示蹤，發現低氮處理時植株更依賴菌根途徑獲取土壤氮。氮水平變化沒有顯著改變分配給AM真菌的植物碳。通過比較氮效益與碳成本的比值，低氮處理最大限度地發揮土著AM真菌在高寒植物氮吸收中的作用。該研究的結果加深了我們對AM真菌在氮循環及植物應對氮限制機制的理解。
圖1. 氮碳同位素雙標記實驗裝置示意圖
圖2. 菌根途徑貢獻與途徑偏好指數研究結果
上述成果以“Nitrogen level determines arbuscular mycorrhizal fungi nitrogen uptake rate of Stipa purpurea in alpine steppe”為題，于近期發表在國際重要期刊Plant and Soil（中國科學院二區TOP，五年平均影響因子：4.6）上。
研究工作得到了第三次新疆綜合科學考察項目（2022xjkk0403）和國家自然科學基金項目（31800380）的資助。
我校21級博士研究生孫佳慧為第一作者，張靜副教授為通訊作者。草學院紀寶明教授、中國科學院大學王艷芬教授和崔驍勇教授、中國農業大學張林教授共同參與了此項研究工作。
論文鏈接: https://doi.org/10.1007/s11104-024-07106-7
圍封禁牧是退化高寒草原自然恢復的主要手段，通過消除家畜干擾，有效提升植物群落的覆蓋度、多樣性和生物量，進而促進土壤有機碳（SOC）的固定。此外，圍封禁牧還通過調節微生物群落，特別是草地中至關重要的叢枝菌根（AM）真菌，影響SOC的形成與穩定性。AM真菌在植物向土壤傳輸光合碳中扮演著重要角色。盡管圍封禁牧對植物群落的影響已有廣泛研究，但關于其對AM真菌群落的影響，特別是不同圍封時長下AM真菌群落的變化及其固碳作用，認知尚淺。當前SOC固持研究多集中于植物群落，而對AM真菌等微生物的貢獻探討不足，這限制了全面評估圍封禁牧生態效益的能力。因此，兩大核心科學問題亟待解答：圍封如何影響AM真菌群落的組成與多樣性？AM真菌群落的變化是否有利于SOC積累？
研究團隊聚焦藏北高寒草原，對比了自由放牧、中期圍封（5-6年）及長期圍封（10+年）下的AM真菌群落特征，探究其對圍封禁牧的響應及在土壤固碳中的作用。結果顯示，隨圍封時間延長，Glomus相對豐度上升，而Diversispora下降。中期圍封時，AM真菌菌絲密度與多樣性達峰值。圍封禁牧正向影響菌絲密度與群落組成，促進T-GRSP生成，利于SOC累積。研究指出，圍封禁牧通過影響AM真菌群落，是促進SOC固持的關鍵機制，但長期圍封未必提升真菌多樣性與固碳功能。未來需量化AM真菌在草地恢復中對SOC的貢獻。
圖3. 圍封禁牧后AM真菌群落對SOC的影響路徑
上述研究成果以“Grazing exclusion enriches arbuscular mycorrhizal fungal communities and improves soil organic carbon sequestration in the alpine steppe of northern Tibet”為題，近期發表于中國科學院一區Top期刊《Journal of Integrative Agriculture》（影響因子：4.6）。
我校2022級博士研究生唐玉為第一作者，張靜副教授為通訊作者，紀寶明教授參與了論文的研究工作。本研究得到了第二次青藏高原綜合科學考察研究項目（2019QZKK0304）和國家自然科學基金（31800380和31761123001-1）的支持。
