丛枝菌根真菌与根际细菌协同提升干旱胁迫下小麦-土壤系统碳效率的机制与机器学习预测研究

《Applied Soil Ecology》：Amplification effects of AM fungus and rhizobacteria on carbon efficiency in wheat-soil system under drought stress via priming rhizosphere activities

本研究通过联合接种丛枝菌根真菌（AMF）与植物根际促生菌（PGPR），系统揭示了其在干旱胁迫下通过激活根际酶活性（如β-葡萄糖苷酶、木糖苷酶）、提升微生物群落丰度及土壤有机碳（SOC）组分（如POC、EOC、DOC），显著增强小麦碳同化效率（CEE）、水分利用效率（WUE）及谷物产量的协同机制，并结合梯度提升机（R2=0.99）与结构方程模型（SEM）验证了碳固存预测模型的可靠性，为农业碳中和提供绿色微生物策略。

　　

Highlight

AMF-PGPR联合接种对增强土壤碳固存的贡献

土壤有机碳（SOC）含量是陆地碳固存的核心指标，也是土壤肥力与生态系统可持续性的关键决定因素（Yan et al., 2021）。植物根系通过光合同化物与土壤微生物交换养分，从而驱动碳向土壤的输送（Andrino et al., 2021）。本研究中，微生物处理（p < 0.001）与水分处理（p < 0.001）对SOC均表现出极显著影响（附表S1）。AMF-PGPR联合接种在所有水分条件下均表现出比单一接种或对照组（CK）更高的SOC积累，且在重度水分胁迫（SWS）下差异最为显著。

结论

本研究明确表明，丛枝菌根真菌（AMF）与植物根际促生菌（PGPR）的联合应用在干旱条件下对土壤有机碳（SOC）固存、碳效率及小麦生产力具有积极调控作用。AMF-PGPR协同处理在SWS条件下使SOC提升5.42%，并显著增加活性碳组分（POC、EOC、DOC）。这一效应主要源于碳固存关键酶——木糖苷酶（提升17.86%）、β-葡萄糖苷酶（提升89.24%）和纤维二糖水解酶（提升幅度显著）的活性增强，以及微生物群落结构的优化。尽管土壤呼吸作用有所上升，该处理仍显著提高了碳排放效率（CEE）、CO₂同化能力与净碳平衡，并通过提升水分利用效率（WUE）最终增加了小麦谷物产量，尤其在SWS条件下表现突出。梯度提升机模型（MSE = 0.12，训练集R² = 0.99，测试集R² = 0.88）在预测SOC方面优于随机森林回归（MSE = 0.14，训练集R² = 0.95，测试集R² = 0.80），其结果经结构方程模型（SEM，R² = 0.86）进一步验证。