SIMETRIUM .COM C → 真菌 · N → 樹木 真菌學
基準:kg · m · s
ZH-HANT|36 種語言
SYMBOL PLATE C_f = 16.7 % NPP 91 g C/(m²·a) C 16.7 %030 %¹³C +2 d ISO 10694 · δ¹³C VPDB
大小寫

單位中的碳用大寫 C 寫在公克數之後:g C/m²。這指的是碳的公克數,而不是糖或幹物質的公克數。一年的通量寫作 g C/(m²·a),其中 a 表示年。佔比以 NPP 的百分數表示,NPP 即扣除植物自身呼吸之後的初級生產量。

不要混淆

要區分佔 NPP 的比例和佔全部光合作用 GPP 的比例:後者只有前者的一半。要區分碳的公克數和 CO₂ 的公克數:一公克碳相當於 3.67 公克 CO₂。還要區分每年的通量和存量:菌絲體的質量,可能比一個季節裡流過它的碳還要輕。

銘牌展示了什麼

太陽在雲杉上方跳動。琥珀色的糖滴順著樹幹和根流進字母 C。這個字母是根尖外面的真菌菌套。糖滴從它開口的一側沿菌絲繼續流進土壤。綠色的氮顆粒沿著同樣的菌絲迎面公升向樹木。右側刻度上的標記升到 16.7 % 並閃了一下。錄製指示燈在閃爍。

單位頁
真菌學 修訂 2026-10

菌根 %, g C/(m²·a)

SI 導出單位 · 量:單位面積上植物向真菌輸送的碳通量及其在生產量中的佔比

雲杉用糖付給真菌

2001 年,瑞典的林學家從松樹上剝掉了一圈窄窄的樹皮。樹沒有立刻死:水仍然升到針葉。但針葉裡的糖再也到不了根。兩個月後,這些松樹下的土壤釋放的二氧化碳,比旁邊的樹下幾乎少了一半。

這些氣體有一半是根和長在根上的真菌呼出的。雲杉和松樹的根尖都包著一層真菌菌套,菌絲從菌套伸進土壤。真菌從樹那裡得到糖,作為回報,帶來氮、磷和水,這些都是它從極大體積的土壤中收集來的。這樣的共生稱為菌根。

這個共生的代價用兩個數來衡量。第一個是佔比:樹的淨生產量中有百分之幾給了真菌。第二個是通量:每年每平方公尺森林裡真菌得到多少公克碳。在雲杉林裡,大約是生產量的六分之一,約每平方公尺每年 90 g C。

記號f — 佔比,C_f — 流向真菌的通量
單位佔 NPP 的 % · g C/(m²·a)
雲杉林,本頁模型16.7 % NPP · 91 g C/(m²·a)
交換樹的碳換真菌的氮和磷
單位之間的關係1 g C = 3.67 g CO₂ = 2.5 g 葡萄糖
典型值5 — 苔原 · 91 — 雲杉林 · 200 — 熱帶雨林,g C/(m²·a)
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01 · 定義
光合作用 · 呼吸 · 真菌的佔比

一年裡,森林從空氣中固定大量的碳。這個總光合量稱為 GPP。大約一半被樹立刻用於自身的呼吸。剩下的部分——淨初級生產量 NPP——用於木材增長、針葉、根,以及向真菌付費。

菌根佔比就是流向真菌的碳通量除以 NPP,用百分數表示。通量本身用每平方公尺每年的碳公克數表示。碳要和其他原子分開計算,這樣糖、木材和呼出的氣體就能用同一個單位相加。

佔比不是固定的。土壤裡有效氮多時,樹自己吸收氮,給真菌的就少。氮少時,佔比上升。因此施肥和氮沉降會減少菌根,而在貧瘠的北方土壤裡,菌根的佔比最高。

GPP — 總光合量 · R_a — 植物呼吸 · NPP — 淨生產量 · C_f — 流向真菌的通量 · 單位均為 g C/(m²·a)
M·L⁻²·T⁻¹
通量的量綱
× 44/12
從 g C 到 g CO₂
≈ 1/2
樹木的 NPP 佔 GPP 的比例
表格 · 菌根型別
型別共生物件佔 NPP 的比例
這些佔比是綜述給出的數量級;具體到某片森林,則取決於土壤和年份。蘭花在生命之初自己從真菌獲得碳。
互動 · 糖向下,氮向上

樹給真菌付多少

上方是植物和土壤的剖面。琥珀色的滴是糖,從葉子流向根,再流向真菌。綠色的顆粒是氮,由真菌交給植物。紫色表示真菌:根尖上的菌套和土壤中的菌絲。用滑塊設定光照、土壤氮和溼度。「環剝」會剝掉一圈樹皮:糖在切口處停下。「¹³C 標記」放出一份標記碳,可以看到它多快到達真菌。下面有三種檢視。「通量」——碳流向哪裡。「¹³C 標記」——標記按天出現在什麼位置。「氮」——土壤裡的氮增多時,真菌的佔比如何下降。

標記:

說明 · 樹為什麼同意

菌絲比根細上百倍

雲杉的細根約半公釐,菌絲約三微米。用同樣多的碳,真菌能長出長得多的長度,掃過大得多的土壤體積。所以在氮少的時候,樹付錢給真菌比自己造根更划算。點選「×2 氮」按鈕加氮:真菌的佔比會下降,因為樹開始直接吸收氮。

02 · 換算
碳 · CO₂ · 糖 · 行星尺度

從公克碳到噸 CO₂

輸入任意單位的流向真菌的通量。第一個標籤頁把它換算成碳、CO₂、葡萄糖以及佔雲杉林生產量的比例。第二個按本頁模型顯示不同森林的佔比和通量。第三個把每平方公尺的通量換算到公頃、國家和地球的尺度。

通量不是存量

大量的碳流經真菌,留下的卻很少。真菌把大部分在幾天到幾週內呼回大氣,一部分進入土壤有機質。所以每年 90 g C 並不意味著土壤每年增加 90 g C。

換算表
03 · 數量級 · 流向真菌的碳通量,g C/(m²·a)

通量,g C/(m²·a),對數刻度

04 · 測量儀器
¹³C 氣室 · 質譜儀 · 環剝 · 微根管

給碳做標記,然後去找它

¹³CO₂ 氣室 1—3 h然後尋找標記在針葉、根和真菌中
樹上的透明氣室和裝有標記氣體的氣瓶

¹³C 標記氣室

把幼樹罩進透明氣室,向裡通入含重同位素 ¹³C 的二氧化碳空氣,持續幾小時。樹固定它的方式和固定普通碳一樣。之後每隔相等的時間,採集針葉、根、菌絲以及土壤呼出氣體的樣品。根據標記在哪裡、何時出現,就能看出多大比例的碳去了真菌,用了幾天。

爐 1000 °C 磁鐵 444546 δ¹³C +412 ‰
質譜儀:CO₂ 束按質量 44、45、46 分開

同位素比質譜儀

樣品被燃燒,其中所有的碳都變成 CO₂。分子被加速後穿過磁場。帶 ¹³C 的重分子偏轉得稍小一點,落入相鄰的接收器。儀器根據各接收器的電流之比,算出樣品中的重碳比標準物質多多少倍。這個數用千分率表示,寫作 δ¹³C。

100 %46 % 糖在積累在切口上方土壤呼吸1—2 個月後
剝去一圈樹皮的樹幹和土壤呼吸感測器

環剝

糖沿著樹皮下的薄層向下流,水則沿木質部上升。把樹幹上的一圈樹皮剝掉,糖會在切口處停住,水還繼續流。樹還活著,但根和真菌得不到碳了。看土壤呼吸下降了多少,就知道其中有多大的部分是根和真菌貢獻的。

每週拍一張
土壤裡的透明管,裡面有一臺來回移動的相機

微根管

把一根透明管斜著埋進土裡。管裡有一臺小相機來回移動,每週在相同的深度拍下管壁。照片上能看出根如何生長和死亡,菌絲如何萌發。根據照片上菌絲的數量和長度,估算真菌把多少碳投入生長,又以多快的速度失去它。

05 · 書寫規則
碳 · 時間 · 佔比的基準

要寫明是碳、多長時間、佔比相對於什麼

通量用碳的公克數書寫,公克後面加字母 C,並註明時間。佔比要連同它所取自的量一起寫:佔 NPP、佔 GPP,還是佔標記當天的光合量。

正確
C_f = 91 g C/(m²·a)
f = 16.7 % NPP
0.91 t C/(ha·a)
334 g CO₂/(m²·a)
δ¹³C = +412 ‰ VPDB
8 % GPP
錯誤
C_f = 91 g/m²
f = 16.7 % 碳
0.91 t/ha
91 g CO₂/(m²·a)
δ¹³C = 412 %
16.7 % GPP

沒有字母 C 也沒有時間,就不清楚是什麼的公克數、多長時間內的。「碳的百分數」沒說明它是相對於哪個量。91 g 碳相當於 334 g CO₂,而不是 91。同位素組成的偏差用千分率寫,不用百分率,並註明標準物質。而佔 GPP 的比例大約只有同樣佔 NPP 的比例的一半。

06 · 相鄰單位
真菌學

樹交給真菌的碳變成菌絲體,它每公頃的質量由相鄰的頁面計算。菌絲長得多快,由講菌絲體生長的頁面顯示。至於作為物質的量的碳——莫耳——則由 SI 基本單位的頁面來講。

kg/ha
菌絲體與子實體

付出的碳去了哪裡。

K_r
菌絲生長

菌落邊緣,mm/d。

mol
莫耳

12 g 碳——一莫耳原子。

07 · 歷史部分
檔案 · 從「真菌根」到 13 吉噸

這個共生的代價是怎麼算出來的

計量學札記

一公克碳不是一公克糖

3 mg 樣品
裝有樣品的錫囊

葡萄糖由碳、氫、氧組成。其中碳佔 180 份中的 72 份。所以一公克碳相當於兩公克半葡萄糖。而如果同樣的碳被真菌呼出,就得到 3.67 公克 CO₂。

為了不混淆,生態學裡把所有的碳都折算成同一個量度——碳本身的公克數。把針葉、根或土壤的樣品包進錫囊,在一千度下燃燒。全部的碳都變成 CO₂,儀器計算它的量。土壤中的碳就是按 ISO 10694 標準測定的。

右邊是同樣的意思放到了天平上。左盤是 2.5 公克糖,右盤是其中所含的 1 公克碳。天平並不平衡,但按碳的公克數算,賬是平的。

2.5 g 糖1 g C
糖與它所含的碳
基礎 · 7 個單位

國際單位制的七個基本單位

量的目錄
真菌學與碳 · 12 個頁面
目錄實驗室:一杯紫甘藍汁、一個燃燒器、冷板上的一杯水和一組齒輪
目錄 · 所有量都在一頁
目錄入口處的實驗室

一滴酸改變果汁的顏色,鹽為火焰染色,水被輕敲一下就結冰。下面是 Simetrium 的全部頁面,按學科和字母順序排列。

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