根系分泌物组分驱动菌根类型调控的根际激发效应：揭示温带森林土壤有机碳分解的差异化机制

本研究针对根际激发效应(RPE)的组分特异性机制尚不明确的问题，通过向8种温带树种根际土壤添加葡萄糖、草酸和甘氨酸三种根系分泌物替代物，揭示了不同菌根类型(AM/ECM)下土壤有机碳(SOC)分解的差异化驱动机制。结果表明：葡萄糖和甘氨酸通过生物机制促进碳矿化，草酸则通过非生物机制作用；AM树种土壤的碳矿化增量显著高于ECM树种(5.33 vs 4.82 mg CO2-C g?1)，且土壤/微生物C:N失衡与易氧化碳(EOC)含量是调控RPE的关键因子。该研究为理解森林碳循环的根际过程提供了新视角。

　　

在应对全球气候变化的背景下，土壤作为陆地生态系统最大的碳库，其微小的分解速率变化都可能显著影响大气CO₂浓度。根际激发效应(Rhizosphere Priming Effect, RPE)这一现象——即根系分泌物引发的土壤有机碳(SOC)分解短期剧变，已成为调控碳循环的关键环节。然而，现有研究对RPE的认知存在两大盲区：一是不同化学组分(如糖类、有机酸、氨基酸)的分泌物如何差异化驱动RPE；二是菌根共生类型(丛枝菌根AM与外生菌根ECM)是否通过改变碳分配模式影响这一过程。更棘手的是，以往关于RPE驱动机制的争议——究竟是微生物氮挖掘(N-mining)主导，还是碳利用效率(CUE)调控——亟需在树种差异背景下重新审视。

针对这些科学难题，东北林业大学的研究团队在黑龙江凉水国家级自然保护区展开实验，选取8种温带树种(含AM与ECM类型)的根际土壤，通过添加葡萄糖、草酸和甘氨酸三种典型分泌物组分，结合¹³C标记技术量化碳矿化动态。研究采用三因素方差分析解析处理×树种×菌根类型的交互效应，并测定微生物生物量碳氮(MBC/MBN)、β-葡萄糖苷酶(βG)等酶活性及易氧化碳(EOC)等23项指标，通过结构方程模型(SEM)解析驱动路径。

土壤碳矿化对分泌物组分的响应差异
数据显示，葡萄糖、草酸和甘氨酸分别使累计碳矿化量提升94.1%、87.6%和26.8%，证实了RPE的组分特异性。值得注意的是，草酸通过非生物氧化机制(如Fenton反应)促进矿化，而葡萄糖和甘氨酸则激活微生物代谢。AM树种土壤对葡萄糖和草酸的响应强度显著高于ECM树种(5.33 vs 4.82 mg CO₂-C g^?1)，这可能与AM植物更高的碳分配策略有关。

菌根类型调控的驱动机制
突破性发现是：传统认为关键的解聚酶(如βG)活性与碳矿化无线性关系，而土壤/微生物C:N失衡(资源C:N/微生物C:N)成为核心调控因子。当该比值>1时，微生物倾向于分解顽固性SOC获取氮素；反之则优先利用易氧化碳(EOC)。这种"微生物代谢跷跷板"效应在AM树种中更为显著，因其分泌物输入加剧了C:N失衡。

讨论与展望
该研究首次系统论证了RPE的双轨驱动模型——既受分泌物化学能含量调控，又依赖菌根类型塑造的土壤微环境。实践层面，建议在森林碳汇管理中优先考虑ECM树种(如松属)，因其表现出更低的RPE强度；理论层面，修正了"酶主导"的传统认知，提出C:N资源平衡假说。未来研究可结合宏基因组技术进一步解析功能基因网络，为预测气候变化下的土壤碳动态提供新工具。论文发表于《Applied Soil Ecology》，为陆地碳循环模型提供了关键的根际过程参数。