英文题目：Turnover of fungal glucosamine and bacterial muramic acid in comparison with soil organic carbon in two arable soils with distinct fungal communities
中文题目：两种不同真菌群落的耕作土壤中真菌氨基葡萄糖和细菌胞壁酸的周转与土壤有机碳的比较
期刊名称：Soil Biology and Biochemistry
影响因子：9.8
作者单位：德国卡塞尔大学土壤生物学与植物营养学系
DOI：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2025.109889
土壤微生物残体碳（MNC）对土壤有机碳（SOC）的贡献率可达50%甚至更高，是土壤碳固存的关键组成部分。然而，目前关于MNC的持久性，以及真菌和细菌残体碳周转是否与SOC存在差异的认知仍不明确。当前评估MNC的常用指标是氨基糖（如真菌来源的氨基葡萄糖GlcN、细菌来源的胞壁酸MurN），但氨基糖向微生物残体碳的转化依赖三个存在不确定性的假设：一是实验室培养微生物的氨基糖含量能代表土壤中复杂微生物群落；二是所有土壤中革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的比例固定为65%-35%；三是土壤微生物生物量与残体的真菌-细菌组成比例一致。此外，学术界对真菌残体碳（FNC）和细菌残体碳（BNC）的周转速率存在争议：部分研究认为BNC周转更快，也有研究指出二者周转速率相似。同时，不同施肥管理会改变土壤真菌群落结构（如无机肥配施秸秆还田的MIN处理会增加腐生真菌占比，施肥有机肥FYM处理则提高丛枝菌根真菌占比），但这种群落差异如何影响微生物量碳（MBC）、MNC及SOC的周转尚未明确。基于此，本研究以达姆施塔特长期施肥试验的两种土壤（MIN和FYM）为对象，探究真菌GlcN和细菌MurN的周转特征，验证三个核心假设：①真菌GlcN和细菌MurN的周转时间短于SOC；②MIN土壤中MBC周转更快，其真菌GlcN和细菌MurN周转也更短；③不同氨基糖-残体碳转化系数对周转时间估算影响较小，最终为土壤碳循环机制及碳固存管理提供理论依据。
真菌氨基葡萄糖（GlcN）和细菌胞壁酸（MurN）转化为真菌生物量碳（FBC）和细菌生物量碳（BBC）时采用不同转换系数，FBC、BBC、真菌源氨基葡萄糖（FBGlcN）、细菌源胞壁酸（BBMurN）及土壤有机碳（SOC）的浓度、储量及年输入速率均存在差异（表1）。根据Appuhn和Joergensen的研究，MIN处理土壤中真菌氨基葡萄糖储量比FYM处理高13%。若采用Hu等人提出的转换系数，该百分比降至12%。MIN土壤胞壁酸含量较FYM处理低30%。微生物生物量中土壤真菌氨基葡萄糖和胞壁酸占总量的比例在FYM处理组约为6.5%，在MIN处理组约为4.0%，且转换系数的影响较小。
与Appuhn和Joergensen提出的转化系数相比，Hu等人修正的转化系数使估算真菌氨基葡萄糖（GlcN）的BG系数降低了约20%，使估算真菌残体碳（FNC）的FN系数提高了20%，使估算细菌残体碳（BNC）的FB系数降低了30%。尽管不同转化系数对真菌生物量氨基葡萄糖（FBGlcN）和细菌生物量胞壁酸（BBMurN）的影响较小（±4.2%）（表1），但计算得出的真菌残体碳/细菌残体碳（FNC/BNC）比值以及真菌残体碳对微生物残体碳（MNC）的贡献率均有所升高，而细菌残体碳对MNC的贡献率则有所降低（表2）。由于真菌在MNC中占主导地位，采用修正后的转化系数后，真菌残体碳对SOC的贡献率也随之升高。与有机肥（FYM）处理相比，修正转化系数的应用使得MIN处理中FNC的增幅和BNC的降幅更为显著。
经修订的转换系数显示，真菌对MNC的贡献度下降（表2）。由于真菌在MNC中占主导地位，其对SOC的贡献度随之上升。相较于FYM土壤，采用真菌数据后，MIN土壤中FNC的增幅显著增强，而BNC的降幅更为明显。
表1.相关指标数据说明。土壤有机碳（SOC）、土壤真菌氨基葡萄糖（GlcN）及土壤细菌胞壁酸（MurN）的浓度与储量；FYM土壤中，由根系、收获残体及牛粪便带来的年碳输入速率，以及无机肥配施秸秆还田的MIN土壤中，由根系、收获残体及秸秆带来的年碳输入速率；微生物量碳（MBC）、真菌生物量碳（FBC）、细菌生物量碳（BBC）、真菌生物量氨基葡萄糖（FBGlcN）及细菌生物量胞壁酸（BBMurN）的浓度、储量与年输入速率（对比Appuhn和Joergensen及H等人提出的转化系数）；其中，碳输入量与微生物量碳（MBC）数据来源于Heitkamp等人的研究；氨基葡萄糖（GlcN）与胞壁酸（MurN）数据来源于Sradnick等人的研究。
A代表Appuhn和Joergensen的研究，H代表Hu等学者的研究。各组分变异系数的平均值分别为：SOC为5.3%，MBC为15%，MurN为23%，真菌GlcN为14%。
表2.对比了两种长期施肥处理中FNC/BNC的比值、FNC和BNC对土壤有机碳（MNC）的贡献率，以及MNC对土壤有机质（SOC）的贡献率，其中转化系数数据分别来自Appuhn和Joergensen以及Hu等人的研究。
FYM土壤中的SOC周转时间为10.0年，比MIN土壤的8.6年长16%（表3）。相比之下，FYM土壤中MBC的周转时间长达147天，是MIN土壤67天的两倍多。根据Appuhn和Joergensen的研究，FYM土壤中SOC真菌GlcN和SOC细菌MurN的周转时间约为6.2年；而Hu等人的数据显示，MIN土壤中这两个指标的周转时间分别为约6.5年和5.1年。
表3.长期施肥处理中SOC、MBC、MurN、土壤真菌GlcN及土壤细菌MurN的周转时间τ计算，对比Appuhn和Joergensen（2006）与Hu等的研究转化系数。
A代表Appuhn和Joergensen的研究，H代表Hu等学者的研究。
本研究首次系统证实：在不同施肥耕作土壤中，真菌GlcN和细菌MurN的周转时间显著短于SOC，且MIN土壤（无机肥+秸秆还田）因腐生真菌占比高，其微生物生物量和残体碳周转均快于FYM土壤（有机肥）；微生物碳利用效率（CUE）和碳输入质量是调控周转的核心因子，而不同氨基糖残体碳转化系数对周转估算影响有限。研究结果为农田碳管理提供了关键依据：通过秸秆还田等措施促进腐生真菌生长，可调控微生物残体周转速率，进而优化土壤碳固存潜力。参考文献：Joergensen R G, Wichern F. Turnover of fungal glucosamine and bacterial muramic acid in comparison with soil organic carbon in two arable soils with distinct fungal communities[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2025: 109889.