西南亚高山针叶林根系/外生菌根菌丝C源输入对土壤C-养分转化过程的影响差异研究

The ecological significance of labile C inputs from roots on soil biogeochemical processes and functions has increasingly been recognized. However, only limited effort has been made to distinguish the potential mechanisms by which root-and mycelia-derived labile C influence soil ecological processes through their effects on C-nutrient cycling, which greatly limits our understanding of root-soil-microbe interactions and their potential ecological consequences on forest ecosystem functions. In this study, we employ a suite of ingrowth cores to distinguish the effects of root-derived labile C input pathways on soil C-nutrient transformations and regulating mechanisms in subalpine coniferous forests in the eastern Tibetan Plateau. Meanwhile, we also investigated the physicochemical changes of mineral-organic associations interface, soil microbes and extracellular enzyme activities closely related to these processes in the field. Our goals are to 1) quantify the relative contributions of root-and mycelia-derived labile C on soil new C inputs (including labile and recalcitrant C pool), 2) validate and quantify the coupling relationships between root-and mycelia-derived labile C and rhizosphere N transformation under experimental warming, 3) explore the response of priming effects of native C induced by root-and mycelia-derived labile C inputs. Our project can pave the way for a more holistic understanding of rhizosphere ecological processes and associated regulation mechanism in forest ecosystems.

目前有关森林根系活动（尤其是菌根）与土壤生物地球化学循环过程的偶联效应原位研究十分缺乏，极大地限制了对根系-土壤-微生物互作过程与调控机理的深入认识。本项目以西南亚高山针叶林为对象，以根际过程为切入点，以根源C输入为核心，结合内生长根管法（物理区分根系和外生菌根菌丝生长）和稳定同位素分析，重点研究森林根系/菌丝两种途径C源输入对土壤C-养分循环过程的影响效应差异，并同步监测与上述过程密切相关的土壤微生物、胞外酶活性以及矿物-有机物复合体物理化学界面特征变化，试图：1）量化森林根系/菌丝两种C源输入对土壤新C（包括不同化学组分）通量的相对贡献；2）在此基础上，求证和辨识森林根系/菌丝两种C源输入对土壤N素转化过程的影响与作用机制差异；3）在细微尺度上阐明土壤原有不同组分C库动态对根系/菌丝两种C源输入的响应差异。本项目实施可丰富和提升典型高寒森林根际生态学过程及其生态学调控机制的认知水平。

目前有关森林根系活动（尤其是菌根）与土壤生物地球化学循环过程的偶联效应原位研究十分缺乏，极大地限制了对森林根系-土壤-微生物互作过程与调控机理的深入认识。本项目以西南亚高山针叶林为对象，以根际过程为切入点，以菌根根源C输入为核心，重点开展亚高山针叶林根系/菌丝碳源输入特征及其所驱动的土壤C-养分过程，旨在探究森林群落结构和功能稳定性根际生态学机制这一前沿基础科学问题。主要创新性成果如下：1）创新和发展了森林根际生态研究的技术体系，授权专利2件，为推动森林根际生态过程的细微尺度研究提供了技术支撑；2）基于根际土壤N供给-N养分转化-N养分吸收等关键环节，独辟蹊径地破译了全球气候变暖下高寒森林生产力持续增加的根际养分维持机制“密码”；3）深化了森林根际土壤碳动态的多维空间变异规律的新认识，打破了以往对根际土壤碳动态理解基于其单一均质体认知的局限性；4）发现根系活动介导的养分获取策略是维持森林树种共存的重要调控途径，诠释了根系分泌物在维持森林群落结构和功能稳定中的重要生态学内涵。上述前沿性基础研究工作丰富和拓展了森林根际生态过程及其生态重要性的系统性认知，具有鲜明的特色和优势。依托本项目共发表研究论文16篇，其中SCI论文12篇（一区8篇，全部为TOP类期刊，二区4篇；1篇入选ESI高引和热点论文），中文3篇，出版森林根系分泌物研究专著1部（2019）。撰写人工针叶林管理咨询建议1份（2019年被中办采纳）。