菌根真菌与phoD基因细菌互作驱动马尾松林土壤有效磷提升及碳固存机制

本研究针对马尾松人工林随林龄增长出现的磷限制问题，通过分析不同林龄（0、7、19、25、34年）土壤理化性质、磷组分及微生物群落特征，揭示外生菌根真菌（ECM）与phoD基因细菌竞争关系如何调控土壤有效磷（AP）和有机碳（SOC）动态。发现ECM真菌通过抑制腐生菌和phoD细菌多样性，提升AP含量并促进植物碳分配至土壤，为人工林养分管理和碳汇提升提供理论依据。

　　

在亚热带地区，马尾松（Pinus massoniana）作为中国重要用材林树种，其人工林面积占全国森林总面积的四分之一。然而，这类森林普遍面临土壤磷（P）限制的难题——磷是植物生长的必需元素，但土壤中的磷多以难溶性形态存在。更棘手的是，磷的有效性与土壤有机碳（SOC）循环存在复杂关联：微生物既需要碳作为能量源，又依赖磷进行代谢活动。以往研究多聚焦单一微生物类群的作用，而忽视了细菌与真菌间激烈的资源竞争如何影响磷转化与碳固存。尤其在外生菌根真菌（ectomycorrhizal fungi, ECM）与携带phoD基因（编码碱性磷酸酶）的细菌之间，这种竞争可能直接决定土壤“磷库”的开放程度。

针对这一科学盲区，广西壮族自治区国有林场的研究团队在《Applied Soil Ecology》发表论文，首次揭示ECM真菌通过抑制phoD细菌的“磷矿化权”，重塑马尾松林土壤碳磷耦合机制。研究选取5个林龄阶段（0、7、19、25、34年）的马尾松林，结合土壤磷组分分级（Citrate-P、HCl-P等）、微生物高通量测序和酶活性检测（酸性磷酸酶ACP、碱性磷酸酶ALP），发现7年和34年林分的ECM真菌相对丰度显著升高，伴随土壤有效磷（Olsen-P）和SOC含量增加，而phoD细菌多样性却明显降低。这一现象暗示ECM真菌可能通过两种途径“赢”得磷竞争：一方面，其发达的菌丝网络比细菌更高效获取分散的磷资源；另一方面，ECM真菌促使植物将更多光合碳分配至地下，形成“碳换磷”的共生模式，同时抑制腐生菌对SOC的分解。这种微生物博弈最终使土壤在磷有效性提升的同时实现碳固存增效。

关键技术方法
研究团队采用时空替代法，在广西镇龙国有林场设置5个林龄梯度样地（n=15），采集0-20 cm土层样品。通过连续提取法测定6种磷组分（包括有效磷Olsen-P和微生物生物量磷MBP），利用Illumina测序分析细菌16S rRNA基因和真菌ITS2区，聚焦phoD基因细菌和ECM真菌群落；结合土壤理化性质（pH、SOC等）和酶活性（ACP、ALP）数据，采用R语言进行冗余分析（RDA）和结构方程模型（SEM）解析驱动因子。

研究结果

1. 土壤磷组分变化
   7年林分的Olsen-P和MBP含量最高（分别达8.3 mg/kg和6.7 mg/kg），而25年林分的Citrate-P、HCl-P等稳定性磷组分显著积累。磷酸酶活性随林龄呈单峰曲线，19年林分达到峰值，表明中龄林微生物对有机磷矿化需求最强。

2. 微生物群落演替
   ECM真菌在7年和34年林分占比达总真菌群落的23%-27%，而腐生真菌比例下降40%。phoD细菌α多样性（Shannon指数）与ECM丰度呈显著负相关（R²=0.52），其中变形菌门（Proteobacteria）的Bradyrhizobium等属随ECM增加而减少。

3. 碳磷耦合机制
   SEM模型显示，ECM真菌通过直接路径（β=0.68）和间接抑制phoD细菌（β=-0.41）共同提升AP含量，而AP增加又促进SOC积累（β=0.33）。34年林分的ECM生物量每增加1%，植物根系碳输入量提高0.7 g C/m²。

结论与意义
该研究首次阐明ECM真菌与phoD细菌的竞争性互作是驱动马尾松林土壤磷有效性提升的关键生物因子。ECM真菌凭借其菌丝扩展优势和高效碳利用能力，在磷资源争夺中占据上风，这种“真菌主导”模式不仅缓解了磷限制，还通过减少腐生菌活动降低SOC分解速率。实践层面，研究建议在7年生和成熟林（34年）阶段通过接种ECM真菌（如Pisolithus属）优化人工林管理，这对实现亚热带森林“增磷固碳”双重目标具有重要指导价值。理论层面，成果为土壤微生物竞争生态学提供了“碳-磷-微生物”三方互作的新框架，未来需进一步解析ECM分泌的次生代谢物（如有机酸）对phoD基因表达的抑制机制。