028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

日期: 2024-11-29
标签:

文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区


文献解读

原名:Rhizosphere as a hotspot for microbial necromass depositioninto the soil carbon pool

译名:根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

期刊:Journal of Ecology

IF: 5.3

发表日期:2024.11.15

第一作者:汪其同

背景

森林土壤是陆地生态系统最大的有机碳(SOC)库,高效发挥森林土壤碳汇功能是实现“双碳”战略目标的重要途径之一。相应地,科学认识森林土壤固碳过程与调控机制已成为当前森林生态学、土壤学领域重要的前沿基础科学问题与林业碳汇功能适应性管理的核心现实需求。近年来不断涌现的证据表明,微生物通过合成代谢而迭代积累的微生物残体很大程度上主导了SOC的长期积累和固持。其中,由于根源C持续输入在根系周围的根际微域形成了一个独特而又典型的微生物热点区,并伴随着更快的微生物生长和更强的微生物代谢活性,进而导致根际区微生物残体对长期SOC积累贡献能力比非根际区更为突出和明显。然而,目前大多研究通常将根际和非根际土壤视为一个均质有机体,而缺乏针对根际区SOC形成过程与稳定性机制的专一性试验研究,导致根际区土壤碳动态过程及其生态重要性在很大程度上未被探索和了解,已成为森林土壤碳汇功能变化认知最少且极为薄弱的关键环节之一。


基于此,中国科学院成都生物研究所尹华军研究团队通过系统收集青藏高原典型高寒针叶林39个样点的根际和非根际土壤样品(图1),量化了根际和非根际土壤中有机碳和氨基糖的浓度,并通过计算根际相对于非根际土壤中增加的氨基糖与增加的有机碳的比例(RAS/SOC),评估了微生物残体对根际SOC积累的贡献程度。同时测定了根际土壤养分浓度和微生物生理性状,以揭示多变环境下根际微生物残体对SOC积累贡献的潜在微生物调控机制。

文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

1  39个高寒针叶林采样点分布图


我们假设:

(1)根际土壤中微生物残体的浓度大于非根际土壤,这是由于根际沉积中富含C的不稳定基质激发了更高的微生物代谢效率;

(2)考虑到根际区植物与微生物对养分的激烈竞争,土壤养分有效性将主要决定微生物残体对根际SOC的贡献幅度,特别是在植物生长和生产力通常受到土壤养分有效性的限制的高寒森林中。


研究结果

(1)根际和非根际SOC和微生物残体的差异。根际SOC和氨基糖浓度均显著高于非根际土壤(图2)。其中,根际SOC平均浓度比非根际土壤高66.7% (图2a);根际土壤中总氨基糖、胞壁酸和氨基葡萄糖的平均浓度分别比非根际土壤高78.5%、45.9%和59.1%(图2b-d)。

文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

2 根际和非根际土壤有机碳、胞壁酸、氨基葡萄糖和总氨基糖浓度的差异


(2)根际微生物残体积累能力的变幅和驱动因子。相比于非根际土壤,根际土壤的氨基糖和SOC浓度分别增加了78.52%和66.69%(图3a),平均RAS/SOC为1.84,表明根际微生物残体积累速度快于SOC积累速度。同时,RAS/SOC大于1的频率高达71.9%(图3b)。此外,在所有环境因子中,RAS/SOC仅与根际土壤养分有效性呈显著正相关(图4),表明土壤养分有效性是RAS/SOC变化的主要驱动因素。

文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

图3 根际和非根际土壤间氨基糖和有机碳的相对变化,根际相对于非根际增加的氨基糖与增加的SOC的比值(RAS/SOC)(a);RAS/SOC的频率分布图(b)


文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

图4 RAS/SOC与年均温、年均降水量、根际土壤pH和根际土壤养分有效性的关系


3)根际土壤养分有效性与微生物生理属性的关系。线性回归分析显示,随着根际土壤养分有效性的增加,反映微生物生长产量的微生物CUE和生长速率显著增加(图5a,b)。反映微生物资源获取和呼吸消耗的单位生物量水解酶和氧化酶活性以及呼吸商分别随着根际土壤养分有效性的增加而降低(图5c-e)。

文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

5 根际微生物碳利用效率、呼吸商、生长速率以及水解酶和氧化酶潜在活性的变化依赖于根际土壤养分有效性


(4)微生物生活史策略的权衡取决于土壤养分有效性。PCA分析显示,沿第一轴,与微生物生长量和代谢投资相关的生理性状分别沿两个相反方向延伸(图6a)。Pearson相关分析也显示,与这两种策略相关的微生物生理性状之间存在负相关(图7)。这些结果清楚地反映了微生物高产与资源获取策略在同一维度上的转变。同时,根际土壤养分有效性与微生物生长量(CUE和生长率)之间存在显著的正相关关系(图6a和7)。SEM结果进一步表明,根际土壤养分有效性通过提高微生物CUE和生长速率来实现对RAS/SOC的积极影响(图6b)。这些综合结果表明,随着土壤养分有效性的增加,微生物倾向于采取高产策略。

文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

图6 微生物高产与资源获取策略的生理性状和根际土壤养分有效性的主成分分析(PCA) (a);根际土壤养分有效性如何通过影响微生物生理性状而调控RAS/SOC的结构方程模型(SEM)分析 (b)


文献解读(2024.11发表)| 根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区

图7 根际土壤养分有效性与微生物生理性状之间的Pearson相关系数矩阵


结论

上述研究结果在区域尺度上表明根际比非根际具有更高的微生物残体积累能力,证实了根际是微生物残体积累的热点区,并充分强调了土壤养分有效性所驱动的微生物代谢策略权衡在调控根际微生物残体形成与积累中的生态重要性。

本研究成果是团队近年来关注西南高寒森林根际土壤碳汇功能与调控机制以来(Journal of Ecology, 2022; Soil Biology and Biochemistry, 2024, 2021),在该领域取得的又一重要进展。上述系列研究成果充分强调了根际在森林SOC长期固存与土壤碳汇功能适应性管理中的生态重要性,丰富和拓展了多变环境下森林土壤碳动态过程及其理论体系的科学认知。

原文链接:https://doi.org/10.1111/1365-2745.14448

更多生态土壤、植物水气体检测so栢晖生物了解更多~



  • 最新资讯 MORE+
  • 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~
  • 点击次数: 0
    2025 - 06 - 05
    根系分泌物的研究是理解土壤-植物-微生物互作的核心环节,是破解土壤“黑箱”的钥匙。对生态理论(如植物-微生物共进化)、应用实践(智能农业、生态修复)均具深远意义。01土壤生态系统的“隐形语言”根系分泌物是植物与土壤环境沟通的化学信号,包含有机酸、糖类、氨基酸、酚类、酶等数千种化合物。它们如同植物的“代谢指纹”,动态响应环境变化(如干旱、养分胁迫或病原体攻击),并调控周围土壤生物的活性。研究这些物质能揭示植物如何主动塑造其根际微环境,而非被动适应。02驱动土壤养分循环的关键引擎养分活化:例如,植物在缺磷时分泌柠檬酸、苹果酸等有机酸,溶解土壤中固定的磷酸盐;缺铁时分泌酚类化合物(如禾本科植物的麦根酸)螯合铁离子。碳分配策略:根系分泌物占植物光合产物的5%-40%,是土壤微生物的主要能源。其化学组成直接影响微生物介导的碳氮磷循环效率,进而决定土壤肥力。03超微生物群落的“指挥棒”选择性招募:植物通过分泌物招募互利菌群(如固氮根瘤菌、菌根真菌),或抑制病原菌(如分泌抗菌酚类)。例如,豆科植物分泌黄酮类物质诱导根瘤菌结瘤基因表达。群落结构调控:分泌物组成差异会导致根际微生物α/β多样性变化,影响生态功能(如抑病型微生物组的形成)。04应对全球变化的潜在杠杆气候适应性:高温或CO₂升高可能改变分泌物量与成分(如增加糖类分泌),进而反馈于土壤碳封存潜力。理解这一机制有助于预测生态系统碳平衡。污染修复:某些分泌物(如紫苏酮)能激活根际降解菌,加速石油烃、农药等污染物的分解,为植物-微生物联合修复提供策略。05农业可持续性的突破口精准施肥:解析作物品种的分泌物特征可指导微生物菌剂开发,减少化肥依赖(如利用磷solubilizing 细菌)。抗逆育种:筛选分泌物中关键抗逆物质(如干旱诱导的脱落酸类似物),可为抗性品种选育提供分子标记。连作障碍缓解:阐明分泌物积累导致的土传病原菌富集机制(如黄瓜...
  • 点击次数: 0
    2025 - 05 - 30
    在生态土壤研究中,土壤铁铝氧化物和铁结合态有机碳是两类不同的组分,它们在形成机制、生态功能及研究意义上存在显著差异。铁铝氧化物和铁结合态有机碳在有机碳固存中的双向作用:铁结合有机碳(OC-Fe)是MAOC的重要组成部分,通过形成Fe-有机复合物在SOC的积累和保存中起着至关重要的作用。Fe通过三种主要机制促进SOC的积累:促进土壤团聚体的形成、与溶解有机碳的吸附和共沉淀以及改变微生物活动。同样,Al可以吸附到活性表面位点或与土壤固相共沉淀,从而增强SOC的稳定性。因此, Fe- Al氧化物可以加速OC- Fe的积累并在SOC封存中发挥关键作用。编辑搜图以下是两者的主要区别: 1. 定义与组成 铁铝氧化物化学本质:主要是铁(Fe)和铝(Al)的氧化物、氢氧化物及其水合矿物,如赤铁矿(Fe₂O₃)、针铁矿(FeOOH)、三水铝石(Al(OH)₃)等。来源:由原生矿物风化或次生矿物形成,受土壤pH、氧化还原条件及气候影响。特点:无机矿物相,具有高比表面积和可变电荷,对磷、重金属等有强吸附能力。铁结合态有机碳化学本质:有机碳(如腐殖酸、多糖等)通过吸附、共沉淀或配位键与铁氧化物结合形成的复合体。来源:有机质与铁铝氧化物的相互作用,常见于厌氧-有氧交替环境(如湿地、水稻土)。特点:有机-无机复合体,是土壤碳库的重要稳定形式。 ------------- 2. 形成机制 铁铝氧化物通过化学风化(如硅酸盐矿物分解)或氧化还原过程(如Fe²⁺氧化为Fe³⁺)形成。受土壤pH和Eh(氧化还原电位)调控,酸性或厌氧条件促进溶解,中性/好氧条件促进沉淀。铁结合态有机碳吸附作用:有机碳通过静电或配体交换吸附在铁氧化物表面。共沉淀:有机质与铁离子共同沉淀形成混合相(如铁-有机胶体)。微团聚体保护:铁铝氧化物作为...
  • 点击次数: 0
    2025 - 05 - 22
    文献解读原名:Soil organic carbon thresholds control fertilizer effects on carbon accrual in croplands worldwide译名:土壤有机碳阈值控制肥料对全球农田碳积累的影响  期刊:Nature CommunicationsIF:14.7发表日期:2025.3第一作者:凌俊  中国农业大学资源与环境科学学院养分利用与管理国家重点实验室# 背景恢复土壤肥力和缓解全球变暖的举措在于重建土壤有机碳(SOC)。氮(N) 肥对作物产量至关重要,由于颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MAOC)对氮肥施用的响应不同,氮肥施用对土壤碳积累的影响难以预测。为了阐明这些影响,我们通过全球荟萃分析与大陆规模的田间试验相结合,研究初始SOC含量如何与氮肥相互作用来影响全球农田土壤的SOC积累。# 假设(1)氮肥施用促进了植物生产力和大团聚体的形成,从而增加了POC的积累和稳定;(2)在土壤SOC匮乏的土壤中,资源化学计量和微生物养分需求之间的不平衡阻碍了微生物残体碳(MBC)的形成和POC的分解,从而削弱了MAOC的积累;(3)较高的微生物代谢效率和微生物残体量,再加上矿物保护,增加了富含SOC土壤中MAOC的含量。# 材料与方法(1)为了确定初始SOC含量是否影响POC和MAOC响应氮肥的全球变化,我们编制了一个数据库,包括来自全球118个野外站点的609个POC和MAOC变化的配对观察值(图1),涵盖了非常广泛的初始SOC含量范围(0.79~46.1g kg-1);图1研究地点的全球分布(2)中国四个试验地点位于曲周(QZ,9.49 g kg-1)、长武(CW,9.51 g kg-1)、四平(SP,16.3 g kg-1)和雅安(YA,17.4 g kg...
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