【论文】木本植物对土壤生物地球化学过程的根际效应

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本文字数：1197字

阅读时间：4分钟

研究背景

根际过程在调节土壤碳和养分循环中发挥着关键作用，植物的活根释放大量有机化合物，使根际(靠近根表面的区域)土壤的物理、化学和生物学特性与非根际土壤存在显著差异，这种差异通常被定义为根际效应(rhizosphere effect)。目前研究根际效应的对象主要集中在草本植物和农作物上，鲜有木本植物的野外研究。根际效应的强度和方向受生物和非生物因素影响，而这些因素对土壤碳氮矿化根际效应的具体影响作用尚不明确。

材料与方法

针对已有的野外木本植物根际效应的研究，共搜集来自128个研究地点的131篇文献，采集土壤理化性质、微生物生物量、酶活性、土壤碳矿化(C_min)及净氮矿化(Net N_min)速率等20个指标的配对数据(根际土/非根际土)。根据菌根结合类型的不同主要分为内生菌根(AM)树种和外生菌根(ECM)树种。本研究采用混合效应模型(mixed-effects model)和偏相关分析(partial correlation analysis)等方法进行统计分析。

结果&讨论

结果表明，根际过程加速了大多数土壤生物地球化学过程，C_min和Net N_min的根际效应大小分别为38%和40%(图1)，这表明根际过程对土壤碳氮循环过程的重要性。C_min和Net N_min的根际效应与许多碳氮循环相关指标的根际效应存在显著关系(图1)，体现了土壤碳氮循环的耦合性。

图1 土壤生物地球化学过程各变量根际效应(a)及C_min和Net N_min根际效应与其它变量根际效应的关系(b)

在众多指标的根际效应中，两种菌根类型之间没有显著差异(图2)，究其原因，可能是因为与菌根类型相比，植物的特异性功能性状对根际效应的影响更大，或者是土壤养分条件掩盖了共生菌根对根际效应的影响。

图2 不同菌根类型间根际效应的比较

C_min和Net N_min的根际效应随着非根际土壤速效氮含量的增加而下降(图3)，这支持了“微生物活化”假说。偏相关分析显示，气候因子(MAT和MAP)对C_min和Net N_min根际效应的影响作用相对较弱(图4)。

图3 C_min和Net N_min的根际效应与非根际土壤理化性质的关系

图4 C_min和Net N_min的根际效应与非根际土壤理化性质的偏相关分析

小结

除土壤pH值和酚氧化酶活性外，其他土壤生物地球化学过程指标的根际效应均显著为正，而大部分指标的根际效应在不同菌根类型间的差异不显著。根际效应使土壤碳矿化速率和净氮矿化速率分别提高38%和40%，其变化主要受非根际土壤理化性质(pH、土壤有机碳和速效氮含量)的影响，而不受植物功能型和气候因素的影响。综上所述，这些结果为根际效应在影响森林生态系统地下碳和养分循环中发挥重要作用提供了定量证据，有助于建立明确考虑根际植物-土壤相互作用的生态系统模型。

该研究于2021年5月22日以"Rhizosphere effects of woody plants on soil biogeochemical processes: Ameta-analysis"为题在线发表于Soil Biology and Biochemistry期刊上。北京大学地下生态学研究组硕士研究生干大勇为论文第一作者，朱彪研究员为论文通讯作者，曾辉教授为合作作者。本研究受到国家自然科学基金(31971528和31988102)的资助。

作者简介

干大勇，北京大学深圳研究生院2018级硕士，导师为曾辉教授和朱彪研究员，主要从事木本植物的根际效应及植物功能性状等方面的研究。目前以第一作者身份在Soil Biology and Biochemistry、Soil Ecology Letters期刊上发表研究成果，并以共同作者身份在New Phytologist、Soil Biology and Biochemistry期刊上发表论文。

编辑 丨 干大勇

审核 丨 朱彪

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