028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

文献解读| 干旱条件下,成熟温带树种根系分泌物的碳分配保持不变

日期: 2022-06-24
标签:

文献解读:

原名:Carbon allocation to root exudates is maintained in mature temperate tree species under drought

译名:干旱条件下,成熟温带树种根系分泌物的碳分配保持不变

期刊:New Phytologist

IF:10.152

发表时间:2022.5

第一作者:Melanie Brunn


摘要

已有研究证明根系分泌碳输入在干旱条件下增加,并促进一系列重要的生态系统功能。然而,干旱胁迫下树木根系分泌物输入量与树木总碳收支之间的关系,即在全株水平上,有多少净同化碳分配给了根系分泌物目前尚不清楚。我们通过收集干旱处理下的成熟山毛榉(Fagus sylvatica)和云杉(Picea abies)的根系分泌物,并结合单位表面积叶片、茎和细根的碳通量计算了初夏期间分配给根系分泌物占每日碳同化量的比例。结果表明,单位根段的根系分泌物输入量随着土壤含水量的下降而呈指数级升高,且在萎蔫点最高。尽管干旱处理下树木碳同化量下降了约50%,全株根系水平上的根系分泌物输入量较对照处理保持不变,从而导致干旱处理下根系分泌物碳输入量所占净碳同化的比例增加了2-3倍。干旱处理下,云杉有2/3的根系分泌物碳释放至表层土壤中,而山毛榉则只占1/3。综上,干旱处理下,树木全株根系水平的根系分泌物输入量较对照处理保持不变,这表明干旱条件下树木对地下的C投资可能有利于维持生态系统的恢复力。

研究背景

近年的研究结果表明根际过程调控生态系统碳动态的重要性以及对干旱响应的敏感性。在根际区,植物主要通过根系分泌物与环境相互作用。以往研究表明根系分泌物在缓解植物环境胁迫(如干旱)中发挥重要的作用。但干旱引起的根系分泌物输入量变化与全株植物碳收支之间的关系尚不清楚。

尽管有研究表明干旱条件下,植物会改变地下碳分配策略以提高根系分泌物输入速率。但大多研究仅用单个根段的分泌物输入速率代表全株的根系分泌物输入策略,并未考虑干旱条件下植物生长、分布以及寿命的改变对全株植物根系分泌物输入的影响。除此之外,由于土壤含水量在垂直剖面上也具有较大的变化,所以还需要将不同土层根系的分泌物输入量统筹考虑以揭示在干旱条件下全株植物的根系分泌物动态。

根系生长和根系分泌物对水分限制的响应可能因物种对水分限制的敏感性不同而存在差异,比如浅根系的云杉可能比深根系的山毛榉更易受到水分限制的影响。

本研究中,我们在成熟温带森林中进行了为期5年的降雨排除试验,以测试干旱条件下,树木光合产物分配给根系分泌物的比例是否增加。同时测定了不同土层根系分泌物输入量以探究全株水平根系分泌物输入的变化。提出以下假设:1.更干旱的表层土中的根系分泌物输入速率高于更湿润的底层土,根系分泌物速率与土壤含水量负相关。因此浅根系的云杉可能比深根系的山毛榉释放更多的根系分泌物。2.干旱处理下,根系分泌物占净碳同化的比例相比对照处理增加,即水分限制条件下树木对地下根系分泌物的碳投资增加。

主要结果

1. 土壤含水量变化

干旱处理下,两个树种的土壤含水量显著低于对照(表1)。干旱处理下,云杉林的SWC显著低于其他处理,两个物种的表层土(0-7 cm)SWC均显著低于7-30和30-50 cm。 

文献解读| 干旱条件下,成熟温带树种根系分泌物的碳分配保持不变

表1 云杉和山毛榉不同土层不同处理的土壤含水量(%)


2. 单个根段根系分泌物的变化

干旱处理下,两个物种的表层土(0-7 cm)中根系分泌物输入速率均显著低于7-30 cm土层(图1)。在SWC垂直分布更加均匀的对照组,两种物种的根系分泌物输入速率在土壤垂直方向上没有显著差异。然而,与对照组相比,干旱处理下0-7 cm土层的根系分泌物输入速率具有增加的趋势,7-30 cm深度具有减少的趋势(图1)。

云杉单位细根表面积分泌物输入速率随着土壤含水量的增加而降低(图2a),山毛榉具有类似的趋势但不显著(图2b)。

文献解读| 干旱条件下,成熟温带树种根系分泌物的碳分配保持不变

图1 两个物种的单位表面积根系分泌物输入速率,红色:干旱处理;蓝色:对照处理;(*), P = 0.1; **, P < 0.01

文献解读| 干旱条件下,成熟温带树种根系分泌物的碳分配保持不变

图2 单位表面积根系分泌物输入速率与土壤含水量的关系;(a)山毛榉;(b)云杉;(c)山毛榉和云杉


3. 根系水平以及全株水平的根系分泌物碳分配

图3a表明,两个物种整体根系的分泌物输入速率(根系水平)在干旱和对照处理间均无显著差异。

干旱处理下,两个物种的净碳同化量相比对照下降了约50%(图4)。对山毛榉而言,对照处理下,分配给根系分泌物的碳占净同化碳的0.5%,而干旱处理下这一比例增加至1%;对云杉而言,干旱处理下占比由对照的0.7%增加至2.5%。总的来说,干旱处理下山毛榉分配给根系分泌物的碳占净同化碳的比例相较于对照增加了2倍,而云杉则增加了3倍(图4)。

文献解读| 干旱条件下,成熟温带树种根系分泌物的碳分配保持不变

图3 不同深度根系分泌物输入速率比例

文献解读| 干旱条件下,成熟温带树种根系分泌物的碳分配保持不变

图4 全株水平上光合碳在干旱和对照处理下的分配格局;(a)山毛榉;(b)云杉

结论

与其它碳通量(根系呼吸、地上部分呼吸)相比,根系和全株水平的根系分泌物输入量较小,在森林的总体碳收支中似乎可以忽略不计。但在干旱条件下,树木增加对根系分泌物的碳投资似乎在维持树木活力和生态系统功能中发挥重要作用。我们的研究发现,树木在干旱条件下能够通过增加净光合碳对根系分泌物碳的分配来维持与对照处理相同的根系分泌物输入量,对干旱胁迫下树木调整地下碳分配策略有了新的认识。考虑到现有模型在气候变化背景下估算地下碳分配格局存在很大差异,我们的数据为温带树种在水分限制下如何调整净同化碳分配到各土壤层以及整个根际范围中提供了宝贵信息。


  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2025 - 07 - 21
    文献解读原名:Soil carbon accrual and crop production enhanced by sustainable subsoil management.译名:可持续性底土管理促进土壤碳积累与作物产量提升。期刊:Nature GeoscienceIF:16.1发表日期:2025.7第一作者:阚正荣 南京农业大学https://doi.org/10.1038/s41561-025-01720-501背景传统保护性农业(如免耕和秸秆覆盖)虽能减少水土侵蚀,但在稻田系统中存在显著局限。免耕虽然增加了表层有机碳,但下层土壤碳储量下降,整体固碳潜力低,并且稻田厌氧环境导致覆盖秸秆分解产生有毒物质(如硫化物),抑制了微生物活动及碳转化。Meta分析显示免耕导致作物平均减产5-10%,中国南方稻田尤为严重。因此,本研究提出一种秸秆集中沟埋还田技术,通过将秸秆注入底土实现土壤固碳与作物增产协同提升。02科学问题(1)评估秸秆集中沟埋还田技术(DB-SR)对土壤有机碳(SOC)及作物产量的影响;(2)阐明SOC与作物产量提升的内在机制;(3)比较DB-SR与旋耕秸秆还田(RT-SR)的技术可行性;(4)采用Meta分析全面量化DB - SR对中国区域土壤有机碳储量和作物产量的影响。03材料与方法(1)田间试验于2008年11月在江苏省沿江区农业科学研究所进行(32°13′N, 121°03′E),该地区属亚热带季风气候,年平均气温14.5℃,降水量1 057.0 mm。(2)RT-SR代表旋耕秸秆还田,DB-SR代表秸秆集中沟埋还田。RT-SR处理中,秸秆被切碎为5-10 cm段,通过旋耕机混入0-10 cm土层。DB-SR处理则需将秸秆打捆称重后,置于田垄晾晒三日,随后埋入深20 cm、宽20 cm、间距2 m的沟渠(图1a)。(3)对于RT-...
  • 点击次数: 0
    2025 - 07 - 15
    ——文献解读原名:Effects of DOM Chemodiversity on Microbial Diversity in Forest Soils on a Continental Scale译名:溶解性有机质化学多样性对大陆尺度森林土壤微生物多样性的影响期刊:Global Change BiologyIF:12.05发表日期:2025年3月通讯作者:王超(中国科学院沈阳应用生态所)01背景土壤溶解性有机质(DOM)是森林生态系统中碳和养分的关键储库,在碳循环和微生物群落动态中起着核心作用。然而,DOM 分子水平多样性(化学多样性)对微生物群落多样性和空间分布的影响仍知之甚少。02关键问题(1)大规模森林生态系统中土壤 DOM 组分的组成和多样性特征是什么?(2)除了已确定的因素如土壤 pH 和温度外,DOM 的多样性和分子组成能否增强对微生物群落多样性模式的解释力?03材料与方法(1)从中国东部南北样带的 11 个森林站点采集土壤样品。在每个站点从5个亚样地(20×20 m)的上层 10 cm 土壤中采集土壤样品,总共 55 份。过10目筛以去除根系和碎屑。(2)测定指标:pH、含水量、TN、SOC、TP、DOC、DON、DOM、16S rRNA测序,ITS测序。04结果(1)55 个森林土壤样品中,共鉴定出 10826 种独特的分子式。通过峰强度加权计算得出的 DOM 分子式范围为 C17.94₋18.99H16.61₋19.98N0.43-0.66O9.36-9.88S0.04-0.10。DOM 的分子量在 398 至 413 Da 之间。DOM 的平均双键当量在 9.4 至 10.8 之间,平均修正芳香性指数(AIₘₒd)在 0.38 至 0.49 之间。(2)土壤 DOM 分子多样性和丰富度沿森林样带从北到南大致呈钟形曲线分布,且在不同采样点之间...
  • 点击次数: 0
    2025 - 06 - 19
  • 点击次数: 0
    2025 - 06 - 13
    原文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-025-60036-5 如有检测相关需求欢迎so栢晖生物了解更多~
文体活动 MORE+
案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
微信公众号
检测咨询热线
 
地址:四川省成都市成华区成宏路72号-四川检验检测创新科技园2号楼4层
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
官方热线:028 8525 3068
投诉电话:18181920125
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务