温带农林复合系统中玉米残体分解过程中真菌与细菌定殖的动态特征及其碳氮转化机制研究

为解决农林复合系统(ACS)中土壤有机质积累对作物残体分解过程的影响机制问题，德国卡塞尔大学团队通过15N标记玉米根茎残体的田间分解实验，结合qPCR技术定量微生物基因丰度，发现乔木行土壤中Basidiomycota（担子菌门）显著富集，且真菌在残体定殖中占主导（基因丰度超细菌8%），揭示了ACS系统通过调控微生物群落结构影响碳氮循环的新机制。

　　

在应对全球气候变化和土壤退化的背景下，农林复合系统(Alley-Cropping Systems, ACS)因其提升土壤碳汇和生物多样性的潜力备受关注。然而，乔木引入如何通过改变微生物群落驱动作物残体分解的机制尚不明确。德国卡塞尔大学联合联邦栽培植物研究中心等机构在《Plant and Soil》发表的研究，首次揭示了温带ACS中玉米残体分解的微生物驱动规律。

研究团队选择德国Reiffenhausen的耕地与草地ACS实验站，将¹⁵N标记的玉米根（C/N=24.5）和茎（C/N=14.1）残体装入凋落袋，埋藏5 cm深处7个月。通过同位素比值质谱分析残体碳氮残留量，并采用CTAB法提取DNA，以qPCR定量细菌(16S rRNA)、真菌(18S rRNA)及Ascomycota/Basidiomycota（子囊菌门/担子菌门）的ITS基因丰度。

微生物群落的空间分异
乔木行土壤中Basidiomycota基因拷贝数达4.6×10⁸ g^-1，显著高于行道（0.4×10⁸ g^-1），印证了乔木促进外生菌根真菌定殖。细菌/真菌基因丰度比在乔木行（4.1）较行道（10.3）降低60%，表明乔木诱导了微生物群落“真菌化”转变。

残体分解的碳氮动态
耕地ACS行道中玉米碳残留量（70%）显著高于乔木行（44%），而草地ACS无差异。根部残体因高C/N比保留了更多氮（41% vs 茎部22%），但碳分解速率不受器官形态影响。值得注意的是，残体内部真菌基因丰度超细菌8%，换算生物量占比接近100%，颠覆了传统认知。

技术方法的创新性
研究首次将qPCR应用于长期田间分解残体的微生物定量，克服了PLFA（磷脂脂肪酸）技术无法区分菌群的局限。通过¹³C/¹⁵N双同位素示踪，精确量化了碳氮转移至土壤的比例（耕地ACS仅2.8%C vs 7.4%C）。

讨论部分指出，乔木行通过富集Basidiomycota创造了独特的“分解热点”，但耕地行道的分解延迟现象提示真菌定殖存在时空异质性。该研究为设计碳封存优化的ACS提供了理论依据，qPCR技术的成功应用为凋落物分解研究开辟了新路径。Katharina Giray等强调，未来需结合时间序列采样以解析真菌群落演替与分解阶段的关联性。