印第安纳大学 土壤研究员埃德里安娜·凯勒在其中一块林地安装了一个向内生长的核心
学分:印第安纳大学里奇·菲利普斯 树木经常被誉为环境保护的英雄
它们从大气中去除二氧化碳，减缓气候变化的速度，并隔离氮等营养物质，从而改善水和空气质量
然而，并非所有的树种都有类似的功能，树木对生态系统的一些最强烈的影响发生在地表以下，远离观察者的眼睛
这使得预测由于害虫、病原体和气候变化导致的树种变化以及预测哪些树种最有利于重新造林的努力变得复杂
此外，研究人员多年来一直试图了解由不同树种混合物组成的森林在功能上有何不同以及为什么不同
由于地球上物种众多，研究每一个树种对碳和养分循环的独特影响是不切实际的
最近，有人推动将树木分类，以帮助预测树种变化的后果
现在，印第安纳大学的研究人员——与西弗吉尼亚大学、喷气推进实验室、弗吉尼亚大学和沃里克大学的科学家合作——发现，根据树木与共生真菌的类型对温带森林树木进行分类，可以作为树木和森林功能的一个广泛指标
几乎所有的树都只与两种菌根真菌中的一种有关
这些特殊的真菌与树根形成共生关系——增强了树木从土壤中获取养分以换取树木碳的能力
因为树木经常联系的真菌类型反映并决定了树木的功能，所以根据菌根真菌对树木进行分组被认为是对树木进行分类的好方法
在发表在《全球变化生物学和生态学通讯》上的两项研究中，研究人员报告说，由与丛枝菌根真菌相关的树木主导的林分，在如何储存和保持碳和氮方面，不同于由与外生菌根真菌相关的树木主导的林分
在第一项研究中，作者发现，像枫树、郁金香树、樱桃树和白蜡树这样产生快速循环碎屑的与AM相关的树木，促进了土壤微生物群落的发展，使其拥有更多能够处理氮的基因
这导致释放氮气，降低空气质量
相比之下，像橡树、山核桃树、山毛榉和铁杉等与细胞外基质相关的树木会产生缓慢循环的碎屑，这些碎屑会促进微生物群落的氮循环基因减少，从而降低气态氮的损失
为了了解树种和这些树木附近土壤微生物功能之间的联系，研究人员从美国东部六个森林中均匀分布的54块土地上收集了土壤
每个站点都有AM-和ECM-关联树
他们从每个地块的土壤中提取了脱氧核糖核酸，并寻找对氮循环至关重要的基因的丰度
然后，他们将土壤放在实验室的密闭室中，测量从土壤中释放出多少氮气，并确定这是否与氮循环基因的丰度有关
该研究的第一作者瑞安·穆辛斯基说:“无论哪种树种都存在，我们在以AM树为主的地块上发现了近5倍的氮循环潜力。”
“非常令人兴奋的是，这种趋势在美国东部是一致的，这表明我们可能能够预测全球其他温带森林的氮循环活动，更重要的是氮的气体损失
" 穆辛斯基是印第安纳大学生物系和奥尼尔公共与环境事务学院的博士后研究员，他以美国沃里克大学助理教授的身份继续这项工作
K
“简化森林土壤的复杂性，并能够预测土壤氮气体排放的空间变异性，曾经被认为是一项不可能的任务，”乔纳森·拉夫说，他是奥尼尔学院的副教授和大气化学家，也是这项研究的合著者
“其中一些气体很难测量，”拉夫补充说，他的实验室进行了测量，“但这些气体对空气质量和减缓气候变化非常重要
" 在第二项研究中，由博士艾德丽安·凯勒领导
D
研究人员发现，以AM树为主的森林通过从根部释放碳来增加土壤碳储量
凯勒用无根土壤填充网状核心，并将核心插入与穆辛斯基相同的54块林地
因为核心中的土壤有独特的化学特征，她能够将根中释放的碳与土壤中已经存在的碳分开
凯勒发现AM树的根比ECM树的根向土壤释放更多的碳，并且大部分根碳附着在油矿物的表面，在那里它被保护免受微生物的腐蚀
这意味着根碳可能持续数十年或更长时间，尤其是在以AM为主的林分中
“测量有多少碳植物从它们的根部穿梭到土壤中是很有挑战性的，”凯勒说
“在这里，我们不仅能够量化土壤中固存的根碳量，还能证明其数量可与地上植物的投入相媲美
" “在过去的十年里，我们对是什么控制了土壤碳储量的看法发生了转变，”国际大学生物系的生物学教授、两项研究的共同作者理查德·菲利普说
“我们过去认为缓慢腐烂的树叶碎屑是土壤碳储存的主要驱动力，但现在我们知道根释放的快速腐烂的化合物可能是导致土壤碳持续存在的原因
”菲利普斯补充道
尽管需要做更多的工作来探索美国东部森林以外的这些模式的普遍性，但这两项研究表明，随着物种在我们的森林中来来去去，生态系统的后果可能很难预测
虽然AM树木可能会增加氮循环速率——对空气质量等事物产生负面影响——但它们也可能增加土壤碳储量，从而减缓气候变化
作为全球再造林努力的一部分(主要是为了减缓气候变化)，考虑到全球植树活动的数量，土地管理者应该明智地考虑土壤中发生的情况，在土壤中，根和土壤微生物正在发挥重要但未被充分认识的生态系统功能
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