近日，草业学院胡水金教授团队在《美国科学院院刊》（PNAS）上发表了题为“Precipitation increase promotes soil organic carbon formation and stability via the mycorrhizal fungal pathway”的研究论文。该研究依托黄土高原半干旱草地长期全球变化定位试验站，系统揭示了未来降雨增加情景下土壤有机碳形成与稳定的关键微生物驱动机制，取得重要进展。
土壤有机碳储量的变化在调节未来气候变化中具有关键作用。植物根系和丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）是调控土壤有机碳动态的核心生态因子。然而，未来气候变化（如降雨增加）如何影响根系-AMF介导的土壤有机碳形成与稳定机制仍缺乏系统研究。
本研究结合全球数据综合分析与长期田间野外试验，利用稳定同位素示踪、根系功能性状测定与高通量测序等技术，从植物–菌根–微生物协同作用的角度解析降雨增加背景下的碳封存机制。研究发现：1）降雨增加改变植物群落结构：促进半灌木与杂类草生长，从而影响地下生物量分配格局；2）降雨增加诱导根系–AMF功能权衡：比根长下降，但根直径和组织密度升高，同时，比根长下降，AMF定殖率及菌丝生物量显著增加；3）AMF驱动的土壤微生物群落转变增强了土壤有机碳的稳定：降雨增加使土壤细菌群落向K策略演化，细菌周转降低，细菌残体碳贡献提升，从而促进矿物结合有机碳（MAOC）的积累。上述过程共同作用，使AMF途径而非根系途径成为降雨增加情景下土壤碳输入的主导路径，并显著促进了土壤有机碳的形成与稳定。该研究首次提供了未来降雨增加条件下 “AMF–微生物–有机碳稳定” 途径的直接实验证据，揭示了草地生态系统长期被忽视的碳封存过程，进而深化了我们对全球变化背景下土壤碳循环调控机制的理解，为预测干旱与半干旱区的碳汇潜力提供了新的科学依据。
该研究由南京农业大学草业学院生态系统生态学实验室、宁夏云雾山国家级自然保护区管理局、福建农林大学、中山大学、西北农林科技大学和中国科学院地球环境研究所合作完成。资环院博士研究生何堂庆，已毕业硕士生赵云峰和博士研究生汪晓东为本文共同第一作者。草业学院仇云鹏教授和胡水金教授为共同通讯作者。福建农林大学郭梨锦副教授，西北农林科技大学郭梁教授，中山大学陈怀海副教授和中国科学院地球环境研究所王益博士也参与了此研究。
全文链接: https://doi.org/10.1073/pnas.2519072122
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