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華南植物園揭示全球變化下植物輸入驅(qū)動(dòng)球囊霉素介導(dǎo)的土壤碳固存
球囊霉素相關(guān)土壤蛋白作為叢枝菌根真菌分泌的關(guān)鍵代謝產(chǎn)物，被譽(yù)為維持土壤有機(jī)碳穩(wěn)定的“超級(jí)膠水”。然而，在全球氣候變化的大背景下，這一關(guān)鍵蛋白的動(dòng)態(tài)響應(yīng)尚未在全球尺度上進(jìn)行量化。我們基于全球陸地生態(tài)系統(tǒng)529項(xiàng)研究的整合分析，系統(tǒng)評(píng)估了氮磷添加、氣候變暖、二氧化碳濃度升高、干旱以及森林恢復(fù)等七大全球變化因子對(duì)球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的影響。研究發(fā)現(xiàn)，生物與養(yǎng)分因子的作用遠(yuǎn)超氣候因子。森林恢復(fù)對(duì)球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的提升效果極為顯著，使易提取球囊霉素相關(guān)土壤蛋白和總球囊霉素相關(guān)土壤蛋白分別大幅增長(zhǎng)49%和65%。
此外，氮、磷及其共同添加通過(guò)緩解養(yǎng)分限制，刺激植物碳輸入和真菌生長(zhǎng)，使球囊霉素相關(guān)土壤蛋白含量提升了3.1% - 13.4%。出乎意料的是，二氧化碳濃度升高、增溫和干旱對(duì)球囊霉素相關(guān)土壤蛋白庫(kù)的影響在統(tǒng)計(jì)學(xué)上可忽略不計(jì)。
通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)與結(jié)構(gòu)方程模型的雙重驗(yàn)證，植物碳輸入和叢枝菌根真菌活性是調(diào)控球囊霉素相關(guān)土壤蛋白變化的核心因素。球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的增加不僅直接為土壤有機(jī)碳庫(kù)做出貢獻(xiàn)，更通過(guò)膠結(jié)土壤顆粒、提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性(平均重量直徑增加)，間接固定了更多的碳。
該研究證實(shí)，在全球環(huán)境變化的背景下，通過(guò)實(shí)施森林恢復(fù)和優(yōu)化養(yǎng)分管理來(lái)強(qiáng)化“植物 - 菌根”相互作用，提高球囊霉素相關(guān)土壤蛋白產(chǎn)量，是提升土壤碳固存潛力的有效途徑。
相關(guān)研究結(jié)果以“Global change reshapes glomalin-mediated soil carbon sequestration by influencing plant inputs”為題發(fā)表在國(guó)際生態(tài)專(zhuān)業(yè)期刊Functional Ecology(《功能生態(tài)學(xué)》)上。中國(guó)科學(xué)院華南植物園羅先真副研究員為論文第一作者，侯恩慶研究員為通訊作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金的共同資助。
圖. 全球變化因子對(duì)球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的影響
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