菌根真菌对不同生长阶段杉木人工林土壤有机质分解的调控机制

Chinese fir plantation possesses the largest area among world plantations. Recently, many research has been found that mycorrhizal fungi plays an essential for soil organic matter decomposition and nutrient cycling. However, the regulation mechanism of soil orgnaic matter decomposition by mycorrhizal fungi is still unclear. This proposal plans to set up ingrowth core to segregate mycorrhizal fungi in the permanent plots in a series of Chinese fir plantations under different growing stages (10-year, 30-year and 80-year old). In addition, soil respiration will be measured in situ on different mycorrhizal fungi treatment. With high throughput sequencing technique to co-extracted DNA and RNA dynamics and enzyme activity, we aim to reveal regulation mechanism on soil organic matter decomposition due to interaction of mycorrhizal fungi and saprophytic fungi under different stages. With soil incubation and isotopic tracing in laboratory, we will control the input of substrate availability and nutrient conditions to further testify the regulation mechanism of soil organic matter decomposition. Thus, this proposal will elucidate the recovery mechanism of soil organic carbon in Chinese fir plantation, and contribute to plantation carbon management.

杉木人工林是世界上面积最大的人工林。最新研究发现菌根在土壤有机质分解和养分循环中发挥着重要作用，然而其在杉木不同生长阶段的调控机制仍不清楚。本项目在中亚热带杉木人工林不同生长阶段（10年、30年和80年生）的固定样地上，分别设置内生长环隔离菌根真菌菌丝，原位观测不同菌根处理土壤呼吸通量。通过高通量测序技术检测不同菌根处理土壤中微生物群落结构和活性代谢群落差异，并测定土壤胞外酶酶活性，揭示杉木不同生长阶段菌根真菌和腐生真菌及细菌间的相互作用对土壤有机质分解的作用机制。通过室内控制实验调控菌根真菌类型以及结合同位素示踪技术调控底物输入，进一步验证菌根在土壤有机质分解和养分循环中的调控作用。本项目从菌根真菌的角度阐明杉木人工林土壤有机质恢复机制，为人工林的碳汇经营提供重要的理论和科学依据。

杉木人工林是世界上面积最大的人工林，其经营过程中，皆伐、火烧、整地和林地抚育等措施，造成大面积的水土流失、土壤肥力下降和 CO2的大量排放，导致了土壤有机质水平的大幅度降低。森林土壤有机碳恢复主要依赖森林的自我陪肥机制，但有关人工林生长发育过程中，林分生产力变化导致的输入差异对土壤有机质的恢复机制仍不清楚，且有关亚热带森林土壤微生物呼吸的驱动机制仍不清晰。本项目通过设定常绿阔叶天然林、3个不同年龄（6、18和40年）杉木人工林固定样地，定量分析人工林经营过程土壤有机碳损失途经，发现火烧是杉木人工林土壤有机碳损失的主要途径，同时营造人工林改变土壤微生物的有效性碳源，将进一步增加原有土壤有机碳分解，导致人工林土壤有机碳难以恢复；结合不同林龄杉木人工林植被生产力、根际土壤与非根际土壤有机碳、微生物群落结构和活性的综合分析，发现不同林龄杉木人工林非根际土壤有机碳没有显著差异，但是根际土壤有机碳数量发生显著改变。土壤全磷是影响不同林龄间土壤有机碳变化的主要因素，中龄林有着最高的NPP，但是幼龄林和老龄林根际土壤有机碳分别比中龄林高30%和36%，植被生产力与土壤有机碳间的解耦关系；林龄改变土壤菌根真菌群落结构，菌根真菌群落结构发生明显分异。林龄增加显著增加了菌根真菌丰富度，在林龄达中龄时AM真菌丰富度达到峰值，但老龄林菌根真菌OTU丰富度未与中林龄出现明显差异，这种改变主要是球囊霉属Glomus；采用土壤微生物呼吸的高频率自动监测与小波分析技术，揭示新近光合产物输入对亚热带森林土壤微生物呼吸的驱动作用，发现88%左右的土壤微生物呼吸来自于林木新近合成的光合产物碳，光合有效辐射影响土壤微生物呼吸日动态波动，而非土壤温度。研究成果为我国亚热带地区人工林的高碳汇经营提供了理论依据和技术支撑。同时为完善和建立亚热带森林土壤碳循环模型，提升亚热带人工林土壤呼吸计算精度提供科学依据。