在中国西北部祁连山脉，不同海拔梯度上的小叶委陵菜（Potentilla parvifolia）中，真菌坏死组织会促进SOC（土壤有机碳）库中MAOC（微生物可利用有机碳）的积累

《Microbiology Spectrum》：Fungal necromass drives MAOC accrual in SOC pools across altitudinal gradients of Potentilla parvifolia in the Qilian Mountains, Northwest China

狼毒花（Potentilla parvifolia）沿海拔梯度影响青藏高原高寒草甸土壤有机碳（SOC）组分及微生物群落。研究发现，狼毒花显著增加中低海拔（3204-3550米）土壤中革兰氏阳性菌和真菌生物量，推动矿物结合有机碳（MAOC）占比提升，其贡献率从裸地对照的-0.307增至0.158。SOC积累主要依赖真菌死亡体碳（FNC），尤其在3204米处达到42,654.01 mg/kg，显著高于裸地。PLS-PM模型揭示真菌和阳性菌通过微生物来源碳（MC）促进MAOC积累，进而增强SOC稳定性。PCA和 Mantel 分析显示，海拔梯度通过改变土壤pH、微团聚体（MI）及酶活性（如β-葡萄糖苷酶）驱动微生物群落和碳组分分异。该研究为高寒生态系统碳安全管理提供新机制。

　　土壤有机碳（SOC）在全球碳循环和气候调节中扮演着关键角色，特别是在高海拔永久冻土地区。然而，目前对于高山灌木群落海拔梯度对SOC不同组分的影响仍缺乏深入理解。本研究评估了在海拔梯度（3,204米、3,350米、3,550米和3,650米）下，高山植物**Potentilla parvifolia**（一种在祁连山脉高山和亚高山带广泛分布的灌木）根际土壤中的SOC组分和微生物生物量的变化。研究发现，**P. parvifolia**在中低海拔地区（3,204米、3,350米和3,550米）显著提高了革兰氏阳性细菌和真菌的生物量，增强了矿物结合有机碳（MAOC）在总SOC中的贡献，相较于裸土而言。此外，SOC的积累主要由微生物残体碳，尤其是真菌残体碳的累积驱动，这一过程在MAOC组分中尤为显著。这些结果深化了我们对海拔梯度如何影响SOC动态和微生物机制的理解，为制定有效的生物保护策略，以应对全球气候变化背景下高海拔生态系统的保护提供了科学依据。

本研究的重要性在于，它填补了关于高山灌木对季节性冻土区土壤碳动态影响的关键知识空白。探讨不同碳组分（如颗粒有机碳和矿物结合有机碳）的重新分布，以及微生物残体（真菌与细菌）的动态变化，对于预测高山碳-气候反馈机制至关重要。随着气候变暖，灌木向更高海拔扩展可能改变植被来源的碳输入和分解路径，从而对历史上的高海拔冻土碳库造成潜在的不稳定影响。季节性冻土区域特有的冻融循环可能调控微生物对残体的处理过程，这一机制在寒冷生态系统中尚未得到充分理解。通过阐明碳组分和微生物残体在不同海拔下的变化趋势，本研究为理解植被介导的碳封存机制提供了新的视角。研究结果将有助于改进预测冻土碳脆弱性的模型，并为这一气候敏感区域的高山生态系统管理策略提供指导，特别是在下游水资源安全至关重要的头水地区。

高山生态系统，尤其是中国西北干旱地区的祁连山脉，对全球气候变化高度敏感。祁连山脉位于青藏高原、内蒙古-新疆高原和黄土高原交汇处，其独特的地理位置使其成为生态研究的重要区域。祁连山脉不仅是保护中国生物多样性的关键区域，还是国际高山种质资源库的重要入口，同时也是野生动物迁徙的通道。全球变暖对冻土形成和融化过程产生深远影响，这对陆地生态系统的生物地球化学循环至关重要。此外，全球变暖还改变了土壤的物理、化学和生物特性，包括水分含量、pH值和电导率，这种反复的过程最终影响了养分和碳的循环。**Potentilla parvifolia**（蔷薇科）是祁连山脉高山和亚高山带的主要灌木种群之一。近年来的研究表明，该物种对土壤微生物群落及其环境相互作用具有显著影响。随着灌木扩展或优势种群的变化，其对高山土壤微生物多样性和功能的影响正日益受到关注。这些植被-微生物反馈机制可能在持续的气候变化背景下对养分循环和生态系统多功能性产生连锁效应。然而，目前关于**P. parvifolia**扩展对研究区域SOC循环的具体影响仍不明确，因此本研究旨在探讨其在不同海拔下的根际土壤与裸土之间的差异，以及这种差异如何影响微生物群落的组成和功能。

土壤微生物群落是驱动SOC动态的核心力量，同时也是陆地生物多样性的重要组成部分。尽管已有广泛的综述强调其在生态系统中的关键作用，但近年来的研究表明，植被结构（如灌木的存在或扩展）与海拔高度的相互作用能够重塑微生物群落的组成和功能潜力。例如，在高山草甸中，灌木扩展已被发现与寡营养细菌和Ericoid菌根真菌的增加相关，同时伴随着土壤氮素可用性的下降和土壤呼吸的减少。在亚热带高山草甸中，灌木入侵增强了丛枝菌根真菌（AMF）网络的多样性、稳定性和复杂性，相较于自然草甸而言。在青藏高原草甸中，灌木入侵改变了细菌群落的组成和预测功能，包括深层土壤中的变化。此外，灌木在高山海拔梯度上的扩展已被证明能够改变土壤真菌的多样性及其群落分布。然而，关于**P. parvifolia**在不同海拔下的迁移对SOC循环的具体影响，目前尚缺乏直接证据。因此，本研究以**P. parvifolia**根际土壤与裸土之间的差异为研究目标，从“无机过滤”和“宿主选择”两个角度出发，探讨微生物群落如何在不同海拔下发生变化。

SOC主要由颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）组成，二者具有不同的特性和功能。在植被覆盖下，SOC的命运主要由MAOC决定，因为MAOC通过矿物颗粒的包裹或屏蔽效应而受到一定程度的保护，避免了分解。POC则主要由易分解的、相对稳定的轻组分构成。研究**P. parvifolia**对POC和MAOC的影响对于理解有机碳的封存过程至关重要。此外，尽管植物残体被认为是SOC的主要来源，但近期研究指出，有机碳的大部分供应来自微生物。具体而言，SOC的组成中约有50%至80%来自微生物残体碳。随着时间的推移，死亡微生物细胞的残留物会在土壤中积累，形成地球最大的有机质储存库之一。

土壤微生物群落是生物圈中最丰富的生物集合之一，代表了地球至少25%的生物多样性。大量物种，包括细菌、真菌和微型真核生物，在土壤中繁衍生息。然而，只有其中一小部分被系统地鉴定和记录。细菌和真菌的种类数量远远超过其他微生物类群，它们在土壤微生物群落的生物量和多样性中占据主导地位。此外，这些微生物在SOC循环中发挥着关键作用，其残体有助于土壤有机质的稳定。它们还参与多种碳降解酶的合成，如糖苷水解酶和糖基转移酶，这些酶能够水解糖类和糖基共轭物，并促进糖苷键的形成，从而产生糖苷。土壤细菌具有强大的分解能力，参与了死亡动植物和真菌菌丝的分解过程。

革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌在碳利用方面表现出不同的选择性。K-选择微生物（通常为革兰氏阳性细菌）具有较高的资源利用能力和较低的生长速率，而r-选择微生物（通常为革兰氏阴性细菌）则表现出较低的能量利用但快速的生长和繁殖能力。K-选择微生物通常生长缓慢，具有较高的酶-底物亲和力，并倾向于利用顽固性碳，因此它们通常具有较高的抗压能力。相比之下，r-选择微生物倾向于利用易分解的碳。真菌在分解顽固有机材料方面起着重要作用，并且它们的结构特征，如菌丝网络，具有较大的表面积和狭窄的直径，能够穿透植物根系无法到达的土壤微孔和土壤团聚体内部，从而增强SOC的封存能力。大多数陆地植物与菌根真菌形成共生关系，这些关系显著影响土壤结构，并进一步影响土壤中的碳动态。

祁连山脉的高山生态系统，尤其是其季节性冻土区域，对全球气候变化高度敏感。该地区处于青藏高原、内蒙古-新疆高原和黄土高原的交汇处，其独特的地理位置使其成为生态研究的重要区域。祁连山脉是中国生态保护的重要区域之一，同时也是国际高山种质资源库的重要通道，为野生动物提供了迁徙的路径。全球变暖是一个严重的问题，它不仅影响土壤的冻结和融化过程，这些过程对于陆地生态系统的生物地球化学循环至关重要，还改变了土壤的物理、化学和生物特性，包括水分含量、pH值和电导率。这种反复的过程最终影响了养分和碳的循环。**Potentilla parvifolia**（蔷薇科）是祁连山脉高山和亚高山带的主要灌木种群之一。近年来的研究表明，该物种对土壤微生物群落及其环境相互作用具有显著影响。随着灌木扩展或优势种群的变化，其对高山土壤微生物多样性和功能的影响正日益受到关注。这些植被-微生物反馈机制可能在持续的气候变化背景下对养分循环和生态系统多功能性产生连锁效应。然而，目前关于**P. parvifolia**扩展对研究区域SOC循环的具体影响仍不明确，因此本研究旨在探讨其在不同海拔下的根际土壤与裸土之间的差异，以及这种差异如何影响微生物群落的组成和功能。

SOC的积累主要由微生物残体碳驱动，特别是真菌残体碳。研究发现，**P. parvifolia**在中低海拔地区显著提高了土壤微生物残体碳的含量，尤其是真菌残体碳，从而增强了MAOC在总SOC中的贡献。在裸土中，MAOC对SOC的贡献较低，而在**P. parvifolia**根际土壤中，这种贡献显著增加。微生物残体碳的积累是SOC稳定的重要机制，因为它们在土壤中形成持久的有机质储存库。通过增加微生物残体碳的含量，**P. parvifolia**可能增强了土壤对碳的固定能力，特别是在中低海拔地区。此外，研究还发现，**P. parvifolia**对微生物群落的组成和功能产生了显著影响，这种影响可能随着海拔升高而变化。例如，在较低海拔地区，**P. parvifolia**的根际土壤中，革兰氏阳性细菌和真菌的生物量显著增加，而在较高海拔地区，这种效应可能减弱。

在研究中，通过分析不同海拔下的土壤样本，我们发现**P. parvifolia**的根际土壤在微生物生物量和碳组分方面表现出与裸土显著不同的特征。具体而言，在3,204米、3,350米和3,550米的中低海拔地区，**P. parvifolia**显著增加了革兰氏阳性细菌和真菌的生物量，而这些微生物的生物量在裸土中相对较低。此外，**P. parvifolia**的根际土壤中，真菌的生物量在3,204米时达到最高值，而在3,550米时降至最低。这些变化可能与**P. parvifolia**对土壤环境的调控能力有关，例如通过改变土壤pH值、水分含量和养分状况，从而影响微生物群落的组成和功能。同时，**P. parvifolia**可能通过其根系分泌物（rhizodeposits）为微生物提供额外的碳源，从而促进微生物的生长和活动。

研究还发现，**P. parvifolia**的根际土壤中，MAOC对SOC的贡献显著高于裸土。在裸土中，MAOC的贡献较低，而在**P. parvifolia**根际土壤中，这种贡献显著增加。这一现象可能与**P. parvifolia**对土壤结构的改善有关，例如通过促进微生物残体的形成和稳定，从而增强MAOC在土壤中的固存能力。此外，研究还发现，微生物残体碳（尤其是真菌残体碳）对SOC的贡献最大，尤其是在3,204米和3,650米的海拔梯度上。真菌残体碳的积累可能通过其化学稳定性，如富含的黑色素（melanin），增强了MAOC的固存能力。这种黑色素能够通过芳香相互作用形成稳定的有机-矿物复合物，从而减少MAOC的分解速率。

通过主成分分析（PCA）和偏最小二乘路径建模（PLS-PM），我们进一步揭示了**P. parvifolia**对土壤碳组分和微生物群落的影响。PCA结果显示，不同海拔下的采样点与微生物群落之间存在显著的相关性。在PC1轴上，革兰氏阳性细菌和真菌与MAOC、SOC和微生物生物量碳密切相关，而在PC2轴上，这些参数与低海拔处理显著相关。这表明，**P. parvifolia**的根际土壤在低海拔地区对微生物群落的调控作用更为显著。PLS-PM分析进一步揭示了微生物残体碳对SOC的正向影响，尤其是真菌残体碳对MAOC的促进作用。尽管微生物残体碳对POC也有一定的影响，但这种影响通常是负向的，这可能是因为POC的易分解特性使其更容易被微生物分解，从而减少其在SOC中的贡献。

此外，研究还通过Mantel热图分析了土壤碳组分、微生物群落和土壤性质之间的关系。结果表明，POC与微聚集体（MI）、土壤pH值、中等聚集体（SMA）、有机碳（SOC）和总氮（TN）之间存在显著的正向相关性。MAOC则与β-葡萄糖苷酶（BG）、木聚糖酶、MI、pH值、SMA、SOC、TN和总碳（TC）呈正相关。真菌的丰度主要受BG、SOC、TC和TN的影响，而细菌的丰度则与BG、MI、TC、TN和大团聚体（LMA）显著相关。MAOC的变化主要受BG、MI、SOC、TC和TN的调控，而POC则与这些因素的关联较弱。这些结果表明，微生物群落的组成和功能对SOC的形成和稳定具有重要影响，而这种影响可能随着海拔的变化而有所不同。

研究还发现，**P. parvifolia**在不同海拔下对微生物群落的影响具有显著的差异。在较低海拔地区，其根际土壤中革兰氏阳性细菌和真菌的生物量显著增加，而在较高海拔地区，这种效应可能减弱。这可能与高海拔地区更为严酷的环境条件有关，例如紫外线辐射的增强和温度的降低，这些因素可能限制了微生物的生长和活动。然而，**P. parvifolia**似乎能够在高海拔地区维持其对微生物群落的积极影响，尤其是在真菌群落的稳定性和多样性方面。这可能与真菌的适应性有关，例如通过形成黑色素丰富的菌丝结构，使其能够抵抗高海拔环境中的紫外线辐射和冻融循环的破坏。

总体而言，本研究揭示了**P. parvifolia**在不同海拔梯度下对SOC动态和微生物群落的影响。通过增加微生物生物量，尤其是真菌生物量，**P. parvifolia**能够促进MAOC的形成，从而增强SOC的稳定性。同时，其对POC的减少可能表明，**P. parvifolia**在促进碳封存的同时，也可能减少碳的快速分解。这种机制在高山生态系统中尤为重要，因为冻融循环和紫外线辐射等环境因素可能对碳的稳定性和循环产生显著影响。因此，**P. parvifolia**可能在高山碳循环中发挥关键作用，通过其根际土壤的微生物群落和碳组分的变化，影响SOC的积累和稳定。

研究结果还表明，**P. parvifolia**的扩展可能对高山生态系统的碳循环产生深远影响。在中低海拔地区，其根际土壤中的微生物群落可能通过促进MAOC的形成，提高SOC的稳定性。而在高海拔地区，**P. parvifolia**可能通过增强微生物残体碳的积累，特别是真菌残体碳，来维持SOC的固存能力。这种影响可能与真菌的适应性特征有关，如黑色素的形成和菌丝网络的扩展，使其能够在极端环境中有效固定碳。此外，研究还发现，**P. parvifolia**可能通过改善土壤结构，增强微生物对碳的固定能力，从而减少碳的流失。这些发现不仅深化了我们对高山生态系统中碳循环机制的理解，还为应对全球气候变化背景下高山生态系统的保护提供了科学依据。

在结论部分，我们总结了**P. parvifolia**对高山土壤碳动态的影响。该植物显著增加了中低海拔地区土壤微生物生物量，尤其是真菌生物量，从而提高了SOC和总碳（TC）的含量。同时，MAOC在总SOC中的贡献显著增加，这表明**P. parvifolia**可能通过增强微生物残体碳的积累，提高SOC的稳定性。此外，微生物残体碳，特别是真菌残体碳，对SOC的贡献最大，这可能与真菌的化学稳定性和其在高海拔环境中的适应性有关。研究结果表明，**P. parvifolia**主要通过增加微生物群落中的真菌含量，从而改变SOC的组分，实现对祁连山脉生态环境的保护作用。这一发现对于理解高山生态系统中碳的封存机制以及制定相应的生态保护策略具有重要意义。