喀斯特森林土壤中基岩地球化学调控球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)积累的机制及其对有机碳固存的贡献

针对喀斯特生态系统土壤有机碳(SOC)固存机制不清的问题，研究人员通过对比石灰岩(LR)、白云岩(DR)和碎屑岩(CR)森林土壤，揭示了基岩地球化学通过矿物保护((Ca+Mg)exe/(Fe+Al)o)和微生物多样性(Fungiα)调控GRSP积累的路径，为退化喀斯特生态恢复提供了NbS(基于自然的解决方案)理论支撑。

　　

在全球气候变化背景下，土壤作为陆地生态系统最大的碳库，其微小的碳储量波动都可能引发气候蝴蝶效应。喀斯特地区因其特殊的地质背景，土壤有机碳(SOC)的固存机制长期存在"黑箱"。更棘手的是，中国西南喀斯特区因历史过度开发，约13万公顷土地退化为石漠化景观，土壤碳汇功能严重受损。尽管"退耕还林"工程使该区域成为全球"变绿"热点，但基岩特性如何通过调控微生物衍生的球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)来影响SOC固存，仍是悬而未决的科学难题。

中国科学院亚热带农业生态研究所的研究团队在《Ecological Indicators》发表的研究，首次系统揭示了基岩地球化学对GRSP积累的调控机制。研究人员采集了石灰岩(LR)、白云岩(DR)和碎屑岩(CR)三种基岩上发育的森林表层土壤(0-15 cm)，通过GRSP分级提取、高通量测序和结构方程模型(SEM)等技术，结合岩石风化指数(CIA_rock)和矿物保护参数((Ca+Mg)_exe/(Fe+Al)_o)分析，构建了"岩石-土壤-微生物-GRSP"互作网络。

关键方法

1. GRSP分级提取：采用柠檬酸钠缓冲液分级提取GRSP_E(易提取)和GRSP_T(总)，Bradford法测定含量
2. 微生物群落分析：16S rRNA和ITS基因扩增子测序评估细菌和真菌α多样性
3. 矿物保护评估：ICP-OES测定交换性Ca²⁺、Mg²⁺和非晶质Fe、Al氧化物
4. 酶活性测定：微孔板荧光法检测β-葡萄糖苷酶(BG)等水解酶活性
5. 多元统计分析：随机森林模型量化驱动因子贡献，SEM解析调控路径

研究结果

3.1 GRSP含量及其对SOC的贡献
DR和LR土壤的GRSP_T含量(13.09-13.52 g kg^-1)显著高于CR土壤(9.99 g kg^-1)，但GRSP_T/SOC比值呈现相反趋势。这表明喀斯特基岩虽促进GRSP绝对量积累，但因SOC本底值更高，其相对贡献反而降低。

3.2 GRSP积累的驱动因素
随机森林分析显示微生物多样性(病毒、细菌、真菌)是GRSP_T的首要驱动因子。SEM模型揭示：基岩地球化学通过三条路径调控GRSP：(1)直接促进岩石风化释放Ca_rock；(2)增强矿物保护((Ca+Mg)_exe/(Fe+Al)_o达0.53效应值)；(3)间接调控微生物功能性状。其中AMF分泌的GRSP与土壤黏粉粒(Clay+Silt)形成有机-矿物复合体，而微生物养分限制(BG/(LAP+NAG))会加速GRSP分解。

讨论与意义
该研究首次将地质学"岩性控制"概念引入土壤微生物衍生物研究，提出喀斯特区GRSP积累的"双引擎模型"：基岩风化提供Ca²⁺桥键增强矿物保护，同时滋养AMF群落促进GRSP分泌。这一发现解释了为何喀斯特土壤SOC储量高于非喀斯特区——GRSP通过羧基与矿物表面配位，形成可抵抗微生物攻击的"分子装甲"。

研究为喀斯特生态恢复提供了精准干预靶点：在石漠化治理中优先接种耐钙AMF菌种(如Acaulospora)，可同步提升GRSP产量和矿物保护效率。通过Nature-based Solutions(NbS)策略，每提升1 mg g^-1 GRSP，理论上可增加4.7-15.2%的SOC固存潜力，这对实现中国西南生态脆弱区"碳汇增益"目标具有重要实践价值。未来需结合稳定同位素示踪和纳米二次离子质谱(NanoSIMS)，进一步解析GRSP-矿物界面的分子结合机制。