菌根真菌介导的土壤有机碳储存机制解析：基于微生物-酶分解模型的多路径贡献解耦

本研究针对菌根真菌(ECM)对土壤有机碳(SOC)储存的多重调控机制不明的问题，开发了Myc-MEND模型，揭示ECM通过降低植物C:N比提升光合产物17%，但刺激腐生微生物活性导致SOC净减少14%；同时阐明菌丝残体贡献36%矿物结合有机碳(MOC)的关键路径，为生态系统碳循环模型提供了理论框架。

　　

在应对气候变化的全球背景下，森林土壤作为最大的陆地碳库，其固碳机制一直是生态学研究焦点。其中，外生菌根真菌(Ectomycorrhizal fungi, ECM)与树木形成的共生体系，如同地下世界的"暗网交易系统"——植物通过光合作用为真菌提供碳水化合物，真菌则帮助植物获取土壤中的氮素。这种古老的共生关系深刻影响着碳氮循环，但ECM对土壤有机碳(SOC)储存的贡献却如同"黑箱"：它们既能通过促进植物生长增加碳输入，又可能通过分泌分解酶加速碳损失，这种矛盾效应使得预测生态系统碳汇功能面临重大挑战。

针对这一科学难题，中国国家自然科学基金支持的研究团队开发了创新性的菌根真菌介导微生物-酶分解模型(Myc-MEND)，首次实现了ECM对SOC多路径影响的定量解析。该研究通过耦合G'DAY植物生长模型与MEND分解模型，整合了ECM生物量池和功能模块，并利用美国北卡罗来纳州森林的植被生产力数据进行校准。论文发表于土壤学顶级期刊《Soil Biology and Biochemistry》，为理解菌根共生系统在碳循环中的作用提供了全新视角。

研究采用三大关键技术：1) 构建包含ECM功能模块的Myc-MEND模型，将SOC划分为颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MOC)等动态库；2) 基于美国东部森林的叶片/木材/根系生物量及净初级生产力(NPP)数据进行模型参数优化；3) 运用路径分析方法量化ECM通过氮素供应、有机质分解和菌丝残体稳定化三条途径对SOC的贡献率。

模型性能验证
模型校准后展现出优异拟合度(R²=0.919)，显著优于不含ECM的零模型(R²=0.825)。尽管对木材产量的预测存在约15%高估，但对地下碳通量的模拟精度提升显著，证实模型能有效捕捉ECM介导的植物-土壤碳氮耦合过程。

植物-土壤碳分配悖论
研究发现ECM通过提高植物氮素获取使叶片C:N比降低，驱动光合产物增加17%。但出乎意料的是，这些额外碳主要积累于地上生物量（+23%），而非进入土壤。这是由于ECM提供的氮素改变了植物碳分配策略，印证了"微生物碳泵"理论——SOC积累更依赖微生物转化而非直接植物输入。

SOC库的此消彼长
ECM活动导致整体SOC减少14%，其中POC库下降19%，这归因于ECM分泌的氧化酶激活了腐生微生物群落。但菌丝残体的矿质结合作用使MOC增加10%，占MOC总储量的36%。这种"牺牲POC保全MOC"的现象，揭示了ECM通过质量-数量权衡调控碳稳定化的新机制。

微生物碳泵调控
模拟显示ECM通过三重途径重塑碳循环：1) 降低植物C:N比减少微生物碳利用效率；2) 加速酶解作用缩短POC周转时间；3) 菌丝网络死亡后形成难降解残体，其与矿物的结合半衰期比普通有机质长3-7倍。这种"短期损失换长期稳定"的策略，使ECM主导的生态系统最终形成更持久的碳汇形式。

该研究首次量化了ECM对SOC储存的净负效应（-14%）与质量改善效应（+10% MOC）的平衡关系，突破了传统模型将菌根效应简单归为"促进"或"抑制"的二元论。建立的Myc-MEND模型为预测气候变化下森林碳汇功能提供了新工具，其揭示的菌丝残体稳定化路径（贡献31% SOC积累）为增强土壤固碳提供了精准调控靶点。这些发现对完善地球系统模型中的菌根参数化方案具有里程碑意义，也为基于菌根调控的碳中和策略奠定了理论基础。