棕榈酸通过根际酸化促进微生物固氮：模拟人工根系分泌助力高寒草地荒漠化修复

针对青藏高原高寒草地荒漠化导致的氮素限制问题，研究人员通过模拟根系分泌棕榈酸（PA）的微宇宙实验，揭示其通过降低pH驱动微生物固氮基因（nifH/K/D）表达，使NH4+-N浓度提升81%，并显著富集固氮菌Azospirillum（12.9倍）。该研究为生态修复中植物种质筛选提供了理论依据。

　　

青藏高原被誉为地球“第三极”，其高寒草地占区域面积的1/4，却因气候变化与人类活动面临严重荒漠化，每年造成数千万美元经济损失。荒漠化土壤呈现“贫瘠化”特征：NH₄⁺-N降低28.9%，NO₃^?-N锐减83.7%，微生物生物量碳氮（MBC/MBN）下降超77%，而pH值上升7.1%。这种氮素限制严重制约植被恢复。前期研究发现本土先锋植物高山柳（Salix cupularis）能通过根系分泌物改善土壤氮有效性，但其关键组分棕榈酸（PA）的作用机制尚不明确。

为破解这一难题，四川大学等机构的研究人员设计了一项创新性微宇宙实验。通过人工根系模拟PA分泌（3种梯度：12.56–50.24 μg C d^?1 root^?1），45天后发现高剂量PA使NH₄⁺-N浓度飙升81%，溶解性有机氮（DON）增加38%。宏基因组分析显示固氮基因nifD/K/H分别激增27.33倍、12.25倍和7.63倍，固氮菌Azospirillum相对丰度提升12.9倍。结构方程模型证实PA通过降低pH（非直接碳源作用）激活微生物固氮功能，82%的生物标志物与固氮过程相关。该成果发表于《Journal of Environmental Management》，为人工筛选高PA分泌植物提供了精准靶点。

关键技术包括：1）模拟根系分泌的微宇宙系统（人工根表面积7.85 cm²）；2）qPCR定量固氮基因（nifH/K/D）；3）高通量测序分析微生物群落；4）结构方程模型解析因果路径。

【主要结果】

1. 棕榈酸对土壤化学性质的影响
   2R处理组（50.24 μg C d^?1）使MBN提升70%，MBC增加61%，但NO₃^?-N无显著变化，证实PA优先促进铵态氮积累。

2. 微生物群落与功能基因响应
   PA处理显著改变微生物β多样性（P=0.001），高剂量组固氮菌Azospirillum成为优势菌群。氮水解酶（脲酶、蛋白酶）活性与PA剂量呈正相关。

3. 氮循环网络重构
   结构方程显示pH下降直接驱动固氮基因表达（路径系数0.68），间接提升NH₄⁺-N有效性。

【结论与意义】
该研究首次阐明长链有机酸PA通过“酸化-固氮”双路径改善土壤氮循环的新机制：1）pH降低创造微生物适宜环境；2）特异性富集固氮功能群。相较于传统低分子量有机酸（如柠檬酸），PA的疏水性使其作用路径独特，为高寒草地修复提供了新策略——优选高PA分泌植物（如S. cupularis）可协同实现土壤改良与碳氮增汇。这一发现对全球气候变化敏感区的生态管理具有普适性参考价值。