【论文】惰性土壤有机碳比活性土壤有机碳分解更易受到根系分泌物组分的激发

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本文字数：1253字

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研究背景

全球尺度上，气候变暖和CO₂浓度升高导致陆地生态系统净初级生产力显著增加，导致更多植物碳（凋落物、细根、根系分泌物）进入土壤，主要体现在植被碳库向土壤碳库的流动增加从而增加土壤碳库。同时，土壤有机碳（SOC）分解加速，进而减少土壤碳储存。根系分泌物引起的土壤碳损失可归因于“激发效应（Priming effect, PE）”，即新鲜有机物输入导致原土壤有机质的微生物分解速率改变的现象。这两种作用的比重不同决定了气候变化和土壤碳库之间的反馈关系。

材料与方法

我们在90天的培养实验中比较了在三种根系分泌物组分输入下三种土壤类型的激发效应。本研究以不同周转速率土壤碳库为研究对象，通过对连续15年保持植物碳输入的撂荒地土壤（OF）和连续15年人工管护，剔除地上植被、保持无碳输入的裸地土壤（BF），以及经过23年的长期裸地处理和额外815天的室内培养后的裸地+培养土壤（BF+）进行实验，添加根系分泌物（¹³C标记的葡萄糖、甘氨酸和草酸），并利用静态碱液吸收法对土壤呼吸CO2进行全程捕获（图1），测定土壤呼吸速率及其δ¹³C值变化，利用¹³C同位素示踪法对土壤和根系分泌物来源CO₂进行区分，利用裸地、撂荒试验处理区分不同活性土壤有机碳，探讨不同活性土壤有机碳分解的激发效应。

图1 培养实验示意图

结果&讨论

实验结果表明，在培养的最初30天，撂荒、裸地和裸地+培养土壤的土壤呼吸速率迅速下降，随着培养时间增加，土壤呼吸速率趋于稳定（图2）。在整个培养过程中，撂荒土壤的累积呼吸量远高于裸地和裸地+培养土壤。

图2 撂荒（OF）、裸地（BF）和裸地+培养（BF+）土壤在对照、葡萄糖、甘氨酸和草酸处理下90 d内CO₂释放速率（a、b和c）和累积CO₂释放量（d、e和f）。小图表示从第15天开始的CO₂释放速率。

本研究发现在三种土壤中，草酸输入引起的激发效应最强，添加草酸显著提高了活性土壤有机碳、相对惰性土壤有机碳和惰性土壤有机碳的分解，分别产生20.8％、58.4％和62.8％的正激发效应。这一结果支持了“非生物机制”，即草酸可以破坏有机物-矿质复合体，从而引起正激发效应。此外，与葡萄糖相比，甘氨酸引起惰性有机碳分解的激发效应更强，这一结果部分与“化学计量分解”假说相符（图3）。与活性土壤有机碳相比，惰性土壤有机碳分解更容易受到根系分泌物输入的影响，意味着土壤碳损失可能比碳模型估测的更加严重。

图3 撂荒（OF）、裸地（BF）和裸地+培养（BF+）土壤在葡萄糖、甘氨酸和草酸处理下的土壤累积激发效应。不同小写字母表示每种土壤的不同处理之间存在显著性差异，不同大写字母表示每种土壤之间存在显著性差异（P<0.05）。

小结

综上所述，本研究得出的结论是，与活性土壤有机碳相比，惰性土壤有机碳分解更容易受到根系分泌物的激发，意味着土壤碳损失可能比碳模型估测的更加严重，并且“非生物机制”和“化学计量分解”假说对于解释根系分泌物输入下惰性土壤有机碳分解的激发效应具有重要意义。

本研究于2022年1月29日以“Resistant soil organic carbon is more vulnerable to priming by root exudate fractions than relatively active soil organic carbon”为题发表在Plant and Soil 杂志上。重庆三峡学院周爽硕士为论文第一作者，重庆三峡学院林俊杰教授和北京大学朱彪研究员为论文共同通讯作者，中国科学院沈阳应用生态研究所王鹏研究员和吉林省农业科学院农业与资源环境研究所朱平研究员为论文共同作者。

编辑 丨 王旭东

审核 丨 朱彪

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