丛枝菌根对土壤N2O排放的影响及机制

Arbuscular mycorrhiza (AM) is the reciprocal symbiont of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plants, and is widespread in most terrestrial ecosystems. It is now widely acknowledged that AM plays an important role in ecosystem nitrogen (N) cycling. However, the influence of AM on soil N2O emissions from the maize-wheat rotation agroecosystems of the Northern China Plain remains poorly understood. In this project, we combine a number of state-of-the-art techniques including gas chromatography, stable isotopic tracing, real-time fluorescence quantitative PCR, fluorescence labeling substrate for enzyme assay, and other technologies and methods, and conduct a greenhouse pot experiment with compartment microcosm units. Specifically, we aim to 1) determine the relative influence of AMF hyphae and AMF-colonized roots on soil N2O emissions and the relative contribution of different nitrogen forms and rates on soil N2O emissions; and 2) investigate the mechanisms underlying the responses of soil N2O emissions to the presence of AM by the interactions among roots, AMF, and other microorganisms. This study will significantly improve our understanding of the effects and mechanisms of AM on soil N2O emissions from the maize-wheat rotation agroecosystem of the Northern China Plain.

丛枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）作为丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhiza fungi，也称为AM真菌）与高等植物根系形成的一种共生体广泛存在于陆地生态系统中。已有研究表明，丛枝菌根对生态系统氮循环具有重要影响，然而目前关于丛枝菌根对土壤N2O排放的影响机制所知甚少。本项目以华北地区典型的玉米-小麦轮作体系为研究对象，基于温室盆栽试验，设计网隔分室系统，综合运用气象色谱、15N同位素示踪、实时荧光定量PCR、荧光标记底物测酶等技术和方法，试图：1）定量分析AM真菌菌丝和植物根系对N2O排放的相对影响，进一步明确不同来源、不同梯度氮素对N2O排放的相对贡献；2）并从根系-AM真菌-其它微生物相互作用的角度揭示丛枝菌根对土壤N2O排放的影响及机制。本项目的实施，将有助于更深入理解丛枝菌根真菌对我国华北地区农田生态系统N2O排放的影响程度与作用机制。

丛枝菌根真菌（AMF）对调控土壤N2O排放方面可能扮演重要的角色，尤其是在氮、磷沉降背景下，AMF对N2O的影响机制缺乏足够认识。本项目结合盆栽实验和整合分析野外数据相结合的方式，通过对土壤N2O的排放，以及土壤微生物量、酶活性、植物和土壤指标的综合检测，探究植物根系、丛枝菌根真菌与氮、磷添加的交互效应及其对N2O的排放影响和机制。研究结果表明：一、丛枝菌根真菌显著的降低了土壤N2O的排放量，这可能与丛枝菌根真菌增强了宿主植物和微生物对土壤氮素吸收有关，从而降低了土壤中氮素含量。二、揭示了AMF和植物及氮、磷添加多种因素作用下土壤N2O的排放规律及潜在机制。认为磷添加和种植物对土壤N2O排放的影响大于氮添加和AMF接种。在P限制的土壤中，添加磷和种植物是减少土壤N2O排放的有效途径。三、探究了氮、磷添加及交互作用下土壤N2O的排放规律及潜在机制。认为磷添加在无外源氮输入的情况下能减少土壤N2O的排放，主要是磷的加入缓解了植物的磷限制，从而增加了植物对土壤氮的获取，因此降低了土壤NO3--N含量，但是这种效应在有外源氮添加的情况下并没有观察到；同时氮添加显著增加N2O排放，且在有无外源磷输入的情况下均无显著差异。表明磷添加引起的N2O减排效应可能被氮添加所掩盖。总之，本研究揭示丛枝菌根真菌，植物根系及与氮、磷添加的交互作用下土壤N2O排放的影响机制，对于未来全球变化背景下土壤N2O排放的预测及采取相应的减排措施提供了理论支撑。