真菌群落驱动亚高山森林碳利用效率的季节动态与树种差异机制研究

本研究针对亚高山森林生态系统微生物碳利用效率(CUE)的驱动机制这一关键科学问题，通过分析针阔叶林在不同生长季的土壤酶活性、真菌功能群和微生物代谢特征，揭示了真菌功能群组成通过调控酶投资策略和微生物代谢分配，主导了CUE的树种差异和季节动态。研究发现针叶林CUE在生长季后期显著降低45%，而阔叶林保持稳定；结构方程模型表明真菌群落介导了28%的CUE变异，为预测森林土壤碳循环提供了新机制。

　　

在全球气候变化背景下，森林土壤碳循环机制成为生态学研究的热点。作为土壤碳周转的关键指标，微生物碳利用效率(CUE)决定着有机碳的分配去向——是被封存为微生物生物量，还是以CO₂形式释放。然而，关于不同森林类型中CUE的季节动态规律及其驱动机制，特别是真菌功能群如何通过资源获取策略影响这一过程，仍存在显著认知空白。

中国科学院成都生物研究所山地生态恢复与生物多样性保育重点实验室的研究团队，以青藏高原东缘亚高山针叶林(云杉、落叶松)和阔叶林(红桦、高山栎)为研究对象，通过生长季早期(5月)、中期(7月)和晚期(9月)的连续采样，结合高通量测序和生态化学计量学方法，揭示了真菌功能群组成对CUE的调控机制。该研究成果发表在《Journal of Plant Ecology》上，为理解森林土壤碳汇功能提供了新的理论依据。

研究采用的主要技术方法包括：1) 基于β-葡萄糖苷酶(BG)和氮获取酶(NAG+LAP)活性比计算CUE_C:N；2) ITS1区高通量测序分析真菌群落；3) FUNGuild数据库进行功能群注释；4) 共现网络分析评估群落稳定性；5) 结构方程模型解析驱动因素。

研究结果部分：

真菌群落组成驱动CUE季节动态
通过主坐标分析(PCoA)发现，针阔叶林土壤真菌群落结构显著分离(R²=0.20)。针叶林中共生营养型(主要为外生菌根真菌)占58-81%，与CUE呈负相关(r=-0.62)；阔叶林腐生型占21-43%，与CUE正相关(r=0.58)。这种功能群差异导致针叶林CUE在9月比5-7月降低45%，而阔叶林保持稳定。

网络稳定性缓冲环境波动
阔叶林真菌共现网络具有更高连接度(平均度6.3-9.1 vs. 1.7-4.8)和模块性(0.64-0.74 vs. 0.48-0.58)，如高山栎网络含97节点305边，显著高于落叶松的48节点41边。这种复杂拓扑结构增强了群落对季节变化的抵抗力，维持了CUE稳定性。

多因素协同调控机制
结构方程模型显示，土壤C:N比通过直接路径(-0.53)最强影响CUE；真菌组成通过酶生产间接调控(路径系数0.28)。针叶林高C:N(25.3±1.2)促进共生菌主导的氮获取策略，而阔叶林低C:N(19.1±0.9)利于腐生菌驱动的碳矿化。

该研究首次系统阐明了亚高山森林CUE的树种特异性季节模式及其微生物机制。发现真菌功能群组成通过"共生抑制-腐生促进"的双向调控影响CUE，这一认识突破了传统仅关注环境因子的局限。提出的"网络稳定性-代谢效率"耦合框架，为预测气候变化下土壤碳动态提供了新视角。研究建议在生态模型中整合真菌功能参数，特别是在实施造林工程时，选择阔叶树种或混交林可能更有利于碳封存。未来研究需结合¹³C标记等技术验证CUE估算方法，并拓展到更广时空尺度评估结论的普适性。