混合真菌接种在中国西北部荒漠草原生态系统中对土壤剖面凋落物分解的促进作用强于地表

《Pedobiologia》：Mixed-Fungi Applications Enhance Litter Decomposition More Strongly in the Soil Profile than on the Ground in a Desert Steppe Ecosystem, Northwestern China

　　

• •
  混合真菌增强荒漠草原凋落物分解
• •
  10 cm 土壤深度处分解更高
• •
  草本凋落物对真菌反应最强烈
• •
  凋落物深度和真菌类型驱动分解速率
• •
  添加真菌改善旱地养分循环

Introduction

凋落物分解 (LD) 是土壤养分和土壤有机质形成的基本过程，也是生态系统养分循环和能量流动之间的关键环节 (Zhai et al., 2019, Wang et al., 2020, Cai et al., 2021)。总体而言，凋落物分解速率 (LDR) 与土地动态相关，在生境尺度上理解其过程有助于我们准确评估生态系统养分循环过程以进行土地管理 (Ball et al., 2019, Jiang et al., 2024, Xie et al., 2024)。然而，影响 LD 的凋落物质量、环境条件和分解者类型之间的多变量关系仍然知之甚少 (Xiao et al., 2019, Contos et al., 2024)。

真菌被认为是陆地生态系统中死亡植物生物质的主要分解者 (Vo?í?ková and Baldrian, 2013, Geethanjali and Jayashankar, 2016, Meng et al., 2024)。它们拥有分解复杂植物化合物所需的最完整的外酶组 (Veen et al., 2019, Zhao et al., 2025a)。然而，真菌接种对 LDR 的影响取决于真菌种类。单一真菌菌株可能具有专业化但有限的酶促能力 (Osono, 2020)。相比之下，通过混合真菌应用多样化土壤微生物可以提供功能互补性、协同效应和更大的生态稳定性，所有这些都有利于凋落物分解 (Porre et al., 2020, Angst et al., 2021, Sarquis and Sierra, 2023)。尽管如此，尚无报告比较在严酷的荒漠草原生态系统中单一与混合纤维素分解真菌对 LDR 的影响。

凋落物分解也受凋落物质量的调节，由于 C/N/P 比率和木质素含量的差异，不同植物生活型 (树木、灌木、草本) 的凋落物质量各不相同 (Zhao et al., 2025b)。草本凋落物通常具有较低的木质素和较窄的 C:N 比，使其更容易被分解，而树木和灌木凋落物则更难以分解 (Jiang et al., 2024)。此外，凋落物放置位置 (土壤表面 vs. 埋入土壤) 强烈影响分解环境。在干旱生态系统中，土壤表面经历极端温度和水分波动，而更深的土壤层 (例如，10 cm 深度) 为微生物活动提供了更稳定和适宜的条件 (Lin-Jie et al., 2021, Seres et al., 2022)。理解这些模式对于制定凋落物管理指南至关重要 (Sun et al., 2020, Huang et al., 2021)。

然而，干旱和半干旱生态系统对干扰和气候破坏相对脆弱。在这些严酷的环境中，了解影响 LD 的生物地理格局和驱动因素至关重要 (Huang et al., 2021, Jiang et al., 2024)。乌拉特荒漠草原位于中国内蒙古，属于大陆性干旱气候 (Li et al., 2024)，其中 LD 在土地恢复中发挥关键作用，如果我们能加速其速率并促进土壤有机质和养分积累，恢复过程将受益 (Yu et al., 2024, Song et al., 2024)。在这些地区，由于独特的土壤和气候条件，LDR 和养分循环受到严重限制 (den Brink et al., 2023, Li et al., 2024)。干旱气候主要通过低土壤水分和极端温度波动限制分解，这抑制了微生物活性和酶促功能 (Zhao et al., 2025)。因此，通过这些地区的 LD 制定生态恢复政策是减少土壤退化和遏制荒漠化扩张的关键策略 (Zhao et al., 2023, Zhao et al., 2025a)。然而，目前尚不清楚在荒漠草原生态系统中添加不同的真菌菌株是否能加速 LD，单一菌株还是混合菌株更有效，以及凋落物放置位置和植物生活型如何影响这一过程。

为了解决这些知识缺口，我们在中国北部内蒙古的乌拉特荒漠草原进行了一项为期 384 天的田间实验。我们将六种纤维素分解真菌菌株 (六种单一菌株、一种混合菌株处理和一种未接种对照) 应用于从三种植物生活型 (树木、灌木、草本) 收集的凋落物。接种的凋落物放置在土壤表面或 10 cm 土壤深度处，并在 384 天内监测其分解情况。基于这一实验设计，我们提出了以下假设：(1) 混合真菌应用比单一物种处理引发更快的凋落物分解。理由是不同真菌具有互补的外酶和协同相互作用，共同促进复杂植物细胞壁的分解。(2) 凋落物分解速率在不同植物生活型之间不同，其中草本凋落物分解最快，其次是树木和灌木凋落物。这是因为草本凋落物通常具有较低的木质素含量和较窄的 C:N 比，使其更容易受到微生物攻击。(3) 放置在 10 cm 土壤深度处的凋落物比放置在土壤表面的凋落物分解更快。理由是更深的土壤层提供了更稳定的水分和温度条件，与这一荒漠草原生态系统恶劣的表面环境相比，更有利于微生物活动。

Section snippets

Study area

研究在中国北部内蒙古的乌拉特荒漠草原 (42°55’50″N, 120°41’51″E; 海拔 360 m) 进行 (图 1)。该地区具有大陆性干旱气候，年降水量为 151 mm，年平均气温为 5.3 ^?C，年平均蒸发量为 1935 mm (Song et al., 2024)。约 70% 的降雨集中在 7 月至 8 月 (Hu et al., 2023, Li et al., 2023)。温度的季节变化，

Fungal strains effect on the LDR

LDR 受到研究因素的显著影响。单独来看，凋落物放置位置 (LPL)、真菌菌株 (FS)、基于植物生活型的凋落物类型 (LF) 和时间 (T) 均对 LDR 有显著影响 (p<0.001)。LPL×FS、FS×T、LF×T 和 LPL×FS×T 对 LDR 也有显著的交互效应。相比之下，交互作用 LPL×FS×LF×T、LPL×LF 和 LPL×FS×LF 对 LDR 没有显著影响 (表 3)。

与对照组相比，接种真菌菌株

DISCUSSION

在中国北部荒漠草原生态系统中，研究了 LDR 与 3 个因素的关系，包括 (1) 凋落物来源 (由不同的植物生活型制备，包括树木 H. ammodendron 和 U. pumila，灌木 C. korshinskii 和 R. songarica，以及草本 S. breviflora 和 N. splendens)，(2) 6 种真菌分解菌株，以及 (3) 凋落物放置位置 (土壤表面和 10 cm 深度)。凋落物类型、真菌菌株处理和凋落物放置位置具有不同的

Conclusion

在本研究中，评估了中国北部荒漠草原生态系统中，接种六种真菌分解菌株并放置在土壤表面和 10 cm 深处的树木、灌木和草本凋落物的分解速率。真菌分解菌株显著增加了 LDR。单一真菌分解菌株对 LDR 的影响几乎相同，但混合菌株的应用显著增加了 LDR。凋落物放置位置也具有

Uncited references

(Pereira et al., 2023, Zhao et al., 2025)

CRediT authorship contribution statement

Ming Zhang: 验证，监督，软件。 Gang Han: 写作 – 初稿，可视化。 Salman Zare: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，软件，调查。 Eduardo Medina-Roldán: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿。 Hao Qu: 方法论，调查，概念化。 Meixin Wang: 项目管理，方法论，正式分析。 Jing Wu: 软件，资源，资金获取。 Guolin Wang: 监督，软件，方法论。

Declaration of Competing Interest

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：本研究由国家自然科学基金 (42377473) 资助；以及甘肃省科技计划资助 (编号 25YFWA008)。

Acknowledgments

本研究由国家自然科学基金 (42377473) 资助；以及甘肃省科技计划资助 (编号 25YFWA008)。

Hao Qu|Meixin Wang|Jing Wu|Guolin Wang|Ming Zhang|Gang Han|Salman Zare|Eduardo Medina-Roldán