毛叶苕子间作通过球囊霉素途径削弱菌根对核桃生长和土壤有机碳固存的促进作用

《Microbial Ecology》：Hairy Vetch Intercropping Attenuates Mycorrhizal Benefits to Walnut Growth and Soil Organic Carbon Sequestration via Glomalin

　　本研究针对核桃园土壤有机碳(SOC)水平低的问题，探讨了接种丛枝菌根真菌(AMF) Diversispora spurca和间作毛叶苕子(Vicia villosa)对核桃生长、土壤水稳性团聚体(WSA)稳定性、球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)及其碳含量(CGRSP)的影响。研究发现，单独接种AMF显著促进了核桃生物量积累、WSA稳定性、SOC、GRSP水平和CGRSP对SOC的贡献率，而间作处理抑制了菌根发育，并削弱了AMF对碳固存的积极效应。该研究为核桃园碳循环管理提供了新的理论依据。

　　

在应对全球气候变化的背景下，增强农林生态系统的碳汇功能已成为重要课题。核桃(Juglans regia)作为重要的木本油料树种，在生态碳循环中扮演着关键角色。然而，许多核桃园面临着土壤有机碳(SOC)水平偏低的问题，这不仅限制了树木的生长和产量，也削弱了果园的碳汇潜力。丛枝菌根真菌(AMF)作为与大多数陆地植物共生的土壤微生物，能够通过其发达的菌丝网络帮助植物吸收水分和养分，同时分泌一种特殊的糖蛋白——球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)。这种蛋白不仅能够促进土壤团聚体的形成，其本身含有20-43%的碳，是土壤有机碳库的重要组成部分。另一方面，果园中常采用间作豆科植物（如毛叶苕子Vicia villosa）的方式来改善土壤肥力，但豆科植物与AMF的相互作用如何影响核桃园的碳固存过程，尚不清楚。

为了解决这一科学问题，长江大学西藏高原核桃产业研究院的研究团队在《Microbial Ecology》上发表了最新研究成果。研究人员通过盆栽实验，设置了四种处理组合：不接种AMF也不间作（对照）、单独接种Diversispora spurca、单独间作毛叶苕子、以及接种AMF结合间作毛叶苕子。经过16周的生长后，他们系统测定了核桃的菌根定殖率、生物量积累、叶片和根系碳含量、土壤有机碳、GRSP含量及其碳含量，并分析了C_GRSP对SOC的贡献率。

研究团队主要采用了菌根定殖率测定、土壤水稳性团聚体稳定性分析、土壤有机碳含量测定、球囊霉素相关土壤蛋白提取与纯化、碳氮元素分析等关键技术方法。其中，GRSP的提取分为易提取(EEG)和难提取(DEG)两部分，分别采用不同pH值的柠檬酸钠缓冲液进行提取纯化。

Changes in Mycorrhizal Status in Walnut Plants

研究发现，D. spurca能够成功定殖核桃根系，菌根结构中可见从枝和泡囊等典型结构。在接种AMF的植株中，间作毛叶苕子显著抑制了核桃根系的菌根定殖率、土壤菌丝长度和孢子密度，分别降低了21.06%、59.26%和30.43%。这表明在有限的土壤空间中，毛叶苕子与核桃竞争菌根定殖位点，从而影响了菌根发育。

Changes in Plant Biomass Accumulation

单独接种AMF显著促进了核桃地上部和根系生物量的积累，增幅分别达60.42%和91.03%。而单独间作处理对核桃生物量没有显著影响。值得注意的是，AMF与间作组合处理虽然仍高于对照，但相比单独AMF处理，地上部和根系生物量分别降低了22.90%和26.25%，说明间作部分削弱了AMF对核桃生长的促进作用。

Changes in WSA Stability

土壤水稳性团聚体稳定性以平均重量直径(MWD)表示。单独接种AMF使MWD提高了70.59%，而组合处理进一步将MWD提高了117.65%，表现出协同增效作用。相关性分析显示，MWD与SOC、EEG和C_DEG呈显著正相关，说明菌根菌丝和GRSP共同促进了土壤团聚体的形成。

Changes in SOC, GRSP and C_GRSP

在碳固存方面，单独接种AMF使SOC显著提高了32.97%，而单独间作或组合处理对SOC没有显著影响。对于GRSP组分，单独AMF处理显著提高了EEG、DEG和总GRSP(TG)的水平，增幅分别为18.62%、28.57%和21.88%。特别值得注意的是，难提取组分DEG的碳含量(C_DEG)对SOC的贡献(1.16%-1.78%)远高于易提取组分EEG(0.33%-0.53%)，表明DEG在碳固存中起着更为重要的作用。

Changes in Contribution Rates of C_GRSP to SOC

在C_GRSP对SOC的贡献率方面，单独接种AMF显著提高了C_DEG和C_TG的贡献率，增幅分别为37.98%和24.04%。然而，当AMF与间作组合时，这种提升效应被削弱。相关性分析进一步证实，C_DEG与SOC、MWD等指标均呈显著正相关，而C_EEG则无此相关性。

本研究通过系统的实验设计揭示了AMF和毛叶苕子间作对核桃园碳循环的复杂影响。研究结果表明，单独接种AMF能够有效促进核桃生长、改善土壤结构、提高土壤有机碳含量，特别是通过增加难提取球囊霉素组分来增强碳固存能力。然而，毛叶苕子间作虽然在一定程度上改善了土壤团聚体稳定性，但却抑制了菌根发育，并削弱了AMF对碳固存的积极效应。

这一发现对核桃园管理具有重要的实践意义。在追求多种土壤管理措施协同效应的同时，需要充分考虑不同措施之间可能存在的拮抗作用。对于以碳固存为主要目标的核桃园，可能需要优先考虑AMF接种而非豆科植物间作。当然，这些结论主要基于盆栽实验获得，在实际果园环境中，更大的土壤空间、更复杂的微生物群落以及树木的多年生特性可能会改变这些相互作用。未来的研究需要通过在田间条件下进行长期监测，并结合稳定同位素标记等先进技术，进一步验证这些相互作用机制。

该研究不仅为理解农林复合系统中植物-微生物互作对碳循环的影响提供了新的视角，也为制定科学的核桃园碳管理策略提供了理论依据。在全球气候变化背景下，这种基于生态过程的碳汇管理方式，对于实现果园生产的可持续发展具有重要意义。