黄河流域中上游分布着7座煤炭基地，矿区煤炭资源的开发为我国的经济发展提供有力支撑的同时，也不可避免的形成了大规模采空沉陷区。煤炭使用产生的CO₂排放占我国目前碳排放的70%，沉陷区成为绿色矿山固碳减排的重要阵地。同时“双碳”目标必将加速后矿业时代的到来，而沉陷区生态修复是后矿业时代最为重要的任务之一，因此矿区绿色转型是顺应“双碳”“目标”发展的必由之路。传统煤矿区土地复垦就是将废弃地恢复为可利用土地，但过度的人为干预也会增加能源消耗和碳排放。绿色矿山建设目前已成为矿山行业减少碳排放、转型发展的重要抓手，所以双碳背景下的矿区生态复垦不仅是要改善土壤条件、达到矿区复绿，更重要的是提高植物碳储量，优化土壤碳捕捉能力，按照有利于生态系统碳汇方向进行恢复，从而提高矿区生态系统碳汇储量，维护矿区生态系统碳循环的平衡。

碳循环是整个地球系统进行物质交换和能量循环的核心，土壤碳循环及其生态功能又被认为是该核心中的关键。陆地生态系统碳汇的最主要部分就是土壤碳库。据统计，整个地球生态系统中，2 m深的土壤可以储存2.4×10⁵亿t的有机碳，远超大气碳库的碳储量。植物光合作用获得的CO₂量比呼吸排放的CO₂量多，在土壤中达到了碳汇的作用。光合碳是矿区土壤有机碳库累积的主要来源之一，通过叶片吸收和韧皮部传输运移，最终以枯落物或者根际沉积的形式进入土壤，光合碳则以根系分泌形式参与植物−土壤−微生物系统的碳固定，对土壤有机碳库的形成、周转与稳定具有一定的贡献。目前碳稳定性同位素因其具有安全可靠、标记稳定等优点被广泛应用于清晰的示踪光合碳在植物−土壤系统中的流动与分配。基于前人的经验与成果，本文利用原位同位素脉冲标记技术探究光合碳在矿区植物−土壤−微生物生态系统中的传输与分配特征，明晰其分配策略，对于增加矿区生态系统碳汇能力，顺应碳中和目标实现矿区生态系统可持续发展有重要的指导意义。

菌根修复是加速矿区生态系统内部优化，增加矿区土壤有机碳积累的重要手段。其中AMF是广泛分布在自然界中的一种土壤真菌，能与80%的陆生植物形成互惠互利的共生关系，提高植物的抗逆性。毕银丽等2012年在黄土高原神东采煤沉陷地建立了微生物复垦基地，进行了大量的监测研究发现接种AMF 7 a后，土壤环境得到了极大改善，养分含量显著提高，并且AMF通过共生机制与植物、土壤微生物群落相互作用来调节矿区生物地球化学系统的循环。AMF与苔藓结皮结合可提升生物结皮中叶绿素a含量，以及覆盖土壤的有机碳含量，具有较好的固碳效应。同时AMF菌丝体的扩张定殖以及驱动矿物分化等一系列生命活动均会介导土壤有机碳的转化和稳定。光合碳进入土壤后，可分为2种形式存在，一种是容易被微生物利用的土壤颗粒态有机碳(POC)，另一种则是被较小粒径的矿物颗粒固封比较稳定的矿物结合态有机碳(MAOC)。其中与AMF有关的球囊霉素蛋白不仅是土壤有机质的来源之一，还可以促进土壤颗粒形成稳定团聚体，提高土壤有机碳的稳定性。土壤中的活性炭组分微生物生物量碳(MBC)也是衡量土壤有机碳库的重要指标。因此，探究长期菌根复垦下矿区光合碳在植物−土壤系统中的分配与稳定机制，是挖掘矿区复垦土壤固碳潜力，支撑煤矿区高质量发展和能源产业生态文明建设的关键，且符合绿色矿山“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念。

代谢组学可以对小分子物质的变化进行定量和定性监测，从而在分子水平上探究植物组织对外界变化做出的响应。AMF定殖在植物根系，将其通过菌丝网络连接起来，并成为转移营养的重要途径。有研究表明AMF不仅可以为宿主植物提供矿质养分，还为土壤微生物群落提供碳的通道。而且大分子量和小分子量物质均可以通过菌丝网络实现高效的信号传递，例如低分子量( < 1 kDa)的有机化合物氨基酸和有机酸及其衍生物等，它们通常是土壤有机碳的来源，同时蛋白质的结构分子氨基酸还会影响有机碳的固存和稳定。所以结合原位同位素脉冲标记和代谢组学可以揭示菌根调控光合碳的分配策略与稳定的内在机制。

综上，笔者在大柳塔菌根修复试验示范区的紫穗槐接菌区和对照区分别进行原位标记，利用¹³C同位素脉冲标记方法示踪光合碳随时间动态的分配特征，阐明菌根复垦对光合碳在植株不同部位分配的调控、不同碳组分POC、MAOC的贡献，揭示菌根途径对土壤有机碳组分和固存的差异，最后利用非靶向代谢组学分析根际土壤代谢产物的变化，厘清菌根调控光合碳的分配策略与稳定的内在机制。以期在碳中和目标背景下提高矿区生态修复固碳增汇能力，促进矿区生态可持续发展，为绿色矿山建设提供理论依据和技术指导。本研究假设：① AMF可以提高光合碳向地下部分的分配，加快光合碳从地上部到地下部的流动；② AMF可以增加光合碳进入土壤稳定碳库的比例，有利于光合碳在土壤中的固存。③ AMF通过调节参与碳代谢途径的化合物的代谢，最终影响土壤光合碳的分配策略。