解锁根际磷：根系分泌物与微生物的协同作用促进混合冷杉林中磷的活化

《Industrial Crops and Products》：Unlocking rhizosphere phosphorus: Root exudate-microbe synergy drives phosphorus activation in mixed Chinese fir species plantation

该研究通过15年混交林（马尾松与孪生木）试验发现，引入孪生木显著提高马尾松根际土壤可利用磷（NaHCO3-Po增加108%），其机制涉及根系分泌有机酸（如oxoproline、alanine-2等）和磷循环相关基因（如ppk、pqqD、phoB等）的上调，通过微生物磷活化基因网络促进稳定磷向可利用形态转化，为可持续林业管理提供理论依据。

　　在中国南方的亚热带地区，为了应对长期纯林种植导致的土壤磷素限制问题，科学家们开展了一系列研究，探索通过混交林种植来提升土壤磷素可利用性。这些研究揭示了混交林种植对土壤磷素循环的关键作用，并且发现了植物根系分泌物与微生物功能基因之间的协同作用，这种作用有助于将原本难以被植物利用的稳定磷素转化为可溶性磷素，从而改善土壤肥力并促进林木生长。

研究中提到的“杉木”（学名：*Cunninghamia lanceolata*）是一种快速生长的经济树种，其木材具有直纹、均匀纤维结构和优良的加工性能。然而，长期单一栽培导致杉木林地土壤磷素供应不足，这主要归因于杉木凋落物分解缓慢、营养归还效率低，以及不当的林业实践和土壤退化等因素。通过引入混交树种如“润楠”（学名：*Schima superba*），研究发现土壤中的磷素含量和可利用性显著提升，其中可溶性磷素（如NaHCO?-Po）增加了108%，而NaOH-Po也增加了58.3%。这种变化可能与杉木根系分泌的特定有机酸有关，如草酰乙酸、丙氨酸、苹果酸和*NCG* 4等，这些分泌物不仅促进了磷素的释放，还激活了微生物磷素溶解基因网络，从而提升了磷素的生物可利用性。

在混交林系统中，杉木根系分泌的有机酸显示出与土壤磷素含量的显著正相关性。这些有机酸可能通过调节土壤pH值或与金属离子形成络合物，促进土壤中固定磷素（如FePO?和AlPO?）的溶解。同时，研究还发现，混交林种植显著增加了与磷素激活、吸收以及磷素缺乏响应调控相关的微生物功能基因的丰度。例如，与无机磷溶解相关的基因如*ppk*、*ppx*和*pqqD*，与高亲和力磷转运相关基因如*pstA*、*pstB*和*pstC*，以及磷素缺乏响应调控基因如*phoB*、*phoP*和*phoU*均表现出较高的丰度。这些基因的上调可能有助于微生物更有效地溶解土壤中的磷素，并将其转运至植物根系附近，从而提高磷素的生物可利用性。

研究中还利用了偏最小二乘路径模型（PLS-PM）来分析种植模式、根系分泌物和磷素循环基因之间的相互作用。结果显示，种植模式对根系分泌物和磷素循环基因的丰度具有显著的正向影响，而这些因素又共同决定了土壤中可溶性磷素和中等可溶性磷素的含量。此外，研究发现根系分泌物对可溶性磷素和中等可溶性磷素具有直接的促进作用，同时也能通过影响磷素循环基因的表达间接地改变磷素的可利用性。这些发现为设计和实施以根系为工程目标的混交林种植策略提供了理论依据，有助于缓解磷素限制并推动可持续林业发展。

混交林种植不仅改善了土壤的养分状况，还增强了森林生态系统的稳定性和生产力。*Schima superba*作为一种适应贫瘠土壤的常绿树种，其引入能够有效缓解土壤酸化导致的磷素固定问题，并减少磷素的流失。同时，它还能促进土壤有机碳（SOC）的积累，从而进一步改善土壤的肥力和结构。这些生态效应表明，混交林种植可能是一种有效的林业管理策略，能够提高森林的可持续性和生产力。

研究还指出，根系分泌物的组成和数量会随着种植模式的不同而变化。在混交林系统中，杉木根系分泌的有机酸、有机氮化合物、脂类和苯类化合物的种类和浓度显著增加。这可能意味着混交林种植促进了杉木根系分泌物的多样性，进而影响了土壤中磷素的循环过程。具体来说，有机酸的增加可能有助于微生物的活动，提高磷素的溶解能力，并促进磷素的转运。这种互动机制为理解植物与微生物之间的复杂关系提供了新的视角。

此外，研究中还提到，混交林种植通过根系分泌物与微生物功能基因的协同作用，显著提升了土壤中磷素的可利用性。这种机制不仅有助于杉木的生长，还可能为其他植物提供更丰富的磷素来源。因此，混交林种植可能成为解决磷素限制问题的一种有效手段，特别是在长期纯林种植导致土壤肥力下降的背景下。

总之，这项研究揭示了混交林种植在提升土壤磷素可利用性方面的潜力，以及根系分泌物与微生物功能基因之间的协同作用。通过深入理解这些机制，科学家们能够为可持续林业实践提供科学依据，推动生态友好型的林地管理策略，以应对全球范围内的土壤肥力挑战。未来的研究应进一步验证这些发现，并探索如何通过调控根系分泌物和微生物群落来优化混交林种植，从而实现更高的生产力和生态效益。