成都生物所在亚高山针叶林根际土壤非共生固氮研究中获新进展

　　

土壤非共生固氮（FLNF）在高寒、缺氮的亚高山针叶林氮养分维持中发挥重要作用。其中，根际作为典型土壤微生物热点，通过持续碳输入深刻调控FLNF，是土壤FLNF的关键区和敏感区。然而，当前关于根际土壤FLNF过程和机制的实证研究十分匮乏，尤其不清楚不同根系功能模块（吸收根和运输根）如何差异化调控根际土壤FLNF。

基于此，中国科学院成都生物研究所尹华军团队以典型亚高山针叶林为对象，在卧龙自然保护区海拔3000米岷江冷杉（Abies faxoniana）林采集吸收根、运输根两个根系功能模块的根际土壤，采用¹⁵N标记法测定FLNF速率，并同步分析其调控因子；在此基础上，结合根际空间数值模型和固氮速率-温度关系模型，进一步将实测根际土壤FLNF速率外推，获得样地尺度上根际土壤FLNF通量及其对土壤总FLNF的贡献。

研究结果表明：Ⅰ. 吸收根根际土壤FLNF速率显著高于运输根根际土壤（12.2 vs.7.5 ng N g^-1 d^-1），且二者均显著高于非根际土壤（0.9 ng N g^-1 d^-1）。Ⅱ. FLNF速率与土壤有机碳含量呈正相关，但与固氮微生物群落丰度或组成无显著关联。Ⅲ. 当外推至样地水平时，吸收根根际土壤FLNF通量比运输根根际土壤高2倍（分别为0.13和0.04 kg N ha^-1 yr^-1）；虽然根际土壤仅占土壤总体积的6.0%，但对土壤总FLNF通量的贡献高达47%。综上，本研究结果表明根际在土壤FLNF中发挥远超其体积比例的重要贡献；同时，根系功能分化在调节根际土壤FLNF中具有关键作用。本研究为团队在细根功能模块根际生态过程系列研究的进一步拓展（SBB, 2021, 161: 108379; Journal of Ecology, 2022, 1646-1655; SBB, 2024, 109529），可在根际氮养分外部输入视角加深亚高山针叶林养分维持机制的科学认识。

Fig. 1不同土壤模块（吸收根根际、运输根根际、非根际）的非共生固氮速率差异

Fig. 2不同土壤模块固氮微生物群落丰度和组成差异

Fig. 3土壤非共生固氮速率与潜在调控因子之间的关系

Fig. 4不同土壤模块的非共生固氮通量及贡献

Fig. 5根际对亚高山针叶林土壤总FLNF贡献概念框架图

上述研究于2024年10月28日以“The rhizosphere contributes disproportionately to free-living nitrogen fixation in subalpine forest soils”为题，发表于土壤学一区TOP期刊Soil Biology & Biochemistry。成都生物研究所博士生李敏为论文第一作者，成都生物研究所王吉鹏副研究员和尹华军研究员为通讯作者，成都生物研究所李娜、汪其同（现工作于山东农业大学）、张佩佩和四川省林科院冯秋红老师参与了本研究。本研究得到了国家自然科学基金、中国科学院西部交叉团队、西藏自治区科技厅项目、四川省科技厅项目联合资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071724003304