科研 | 长期施肥条件下植物，细菌和真菌相互作用会降低胞外酶活性
本文由殷继忠编译，董小橙、江舜尧编辑。
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大气中氮（N）沉积增加了森林土壤中碳（C）的储量。大多数研究认为，土壤中C的变化主要受真菌群落影响。然而，最近的研究发现，植物和土壤中微生物存在着动态联系，因此植物将C传递到根际微生物以增加酶的产量和增强N的调整。在高N条件下，树木可能会降低地下C的分配，导致植物-微生物相互作用降解土壤有机质。本篇论文研究目的是为了确定植物，真菌和细菌对氮肥施用的反应及对胞外酶活性的影响。
原名：Interactions among plants, bacteria, and fungi reduce extracellular enzyme activities under long-term N fertilization
译名：长期施肥条件下植物，细菌和真菌之间相互作用降低胞外酶活性
期刊：Global Change Biology
IF：8.502
发表时间：2018年
通信作者：Joseph E. Carrara
通信作者单位：西弗吉尼亚大学
选取长期施加氮肥土壤，测定根际、大块土壤和土壤有机层真菌及细菌群落组成，进一步确定根-微生物的相互关系和胞外酶活性。作者将土壤酶活性、真菌和细菌群落结构组成和地下C分配联系起来，并通过这些参数建立简单的微生物酶分解模型，分析氮肥对土壤碳储量的长期影响。
虽然真菌已被证明是施用氮肥增加有机质（SOM）的重要影响因素，但仅关注真菌可能会掩盖生态系统其他组分与酶活性间的相互作用。
1. 细根指标
施加氮肥的细根生物量和矿质土壤层的菌根共生程度均显着降低（表1）。施加氮肥的矿质土壤的细根生物量比对照样本要降低24.7％。这种细根生物量的减少伴随着细根表面积，体积和根叉数量的减少。此外，施肥减少了55.9％的根部AM定殖。作者使用细根生物量和AM定殖作为植物C吸收的标志。试验结果表明，土壤取样时实验组细根生物量始终低于对照。OH（organic horizon，OH）样本中根生物量显着低于矿质土壤样本（表1）。
表1 不同土壤条件下细根和菌根指标
2. 胞外酶活性
在所有三种土壤中，N升高条件下几乎所有样本的水解酶活性都较低。在OH土壤部分中，N肥料流域的β-葡萄糖苷酶（BG）活性显着降低（图1a）。施用氮肥可显着降低矿质土壤根际的酸性磷酸酶（AP）活性（图1b）。同样，显着降低了矿物质土壤的根和土壤部分N-乙酰葡糖胺（NAG）（图1c）。矿质土壤根际BG活性没有显着差异，OH部分的AP和NAG并未因处理不同而产生差异。施肥样本的苯酚氧化酶活性显着低于其他样本（图1d）。过氧化物酶活性在块状土壤，根际和OH土壤部分中均出现降低（图1e）。在施加氮肥条件下，蛋白水解酶活性一直较低（图1f）。
图1 N肥降低水解酶和氧化酶活性
3. 微生物群落组成
所有土壤样本的细菌群落组成均有不同，使得OH、根际和块状土壤在施肥地域中表现出特有的群落结构（图2a，c，e）。OH样本和土壤中的真菌群落结构存在显著差异（图2b，d）。通过NMDS分析所有土样细菌和酶活性呈正相关，但真菌和酶并没有显著相关性。在土样中，AM定殖情况与NMDS轴之间没有显著的线性关系（图3d）。
图2 N肥对不同土样中细菌和真菌的影响
图3 菌群与酶活性相关性分析（a，b）AM定殖率情况（c，d）
4. 氮的矿化和硝化作用
在氮循环中发现，施氮处理的矿化和净硝化作用高于对照组40％和51％，存在显著差异。不论是块状土壤还是根际土壤，氮的转化率均无显着差异（图4a，b）。
图4 N肥对各土样硝化作用和矿化作用的影响
5. 模拟植物-微生物联系对土壤分解的潜在影响
当模型运行到稳定状态时，作者发现在施氮土样的根系生物量减少了约16％，土壤C增加3%（表2）。尽管每克根系的渗出速率相同，但由于根系生物量较低，实验组总体渗出速率低于对照组（表2）。当施肥地域每克根减少25％的渗出率时，微生物酶活性进一步降低28％的降幅，土壤C增加20％。
表2 实验组与对照组的渗出率、土壤C和酶库情况