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客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

日期: 2024-05-20
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文献解读

原名:Grazing exclusion increases soil organic C through microbial necromass of root-derived C as traced by 13C labelling photosynthate

译名:通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

期刊:Biology and Fertility of Soils

IF:6.5/Q1

发表日期:5 March 2024

第一作者:瞿晴




01
摘要
客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

背景:草原储存了大量的碳,然而,禁牧后土壤碳固存的潜在机制尚不清楚。本研究旨在阐明温带草原在长期禁牧后(~40年) ,植物和微生物残体对土壤有机碳(SOC)贡献的驱动因素。

方法:现场进行了13C-CO2原位标记实验,并结合生物标记物追踪植物-土壤系统中的13C,以评估植物对土壤的碳输入。

结果:长期禁牧提高了植物和土壤碳库包括地上生物量、地下生物量、微生物生物量和残体;且禁牧草地新输入光合碳在植物和土壤系统中的分配量高于放牧草地,但在土壤CO2中的分配量低于放牧草地。新输入的光合碳在土壤和微生物量中的分配量与根系中光合碳的分配量呈正相关关系。与放牧相比,禁牧提高了草地土壤有机碳含量约2倍,但木质素酚对土壤有机碳的贡献甚微(0.8%),而真菌残体碳的积累是导致土壤有机碳含量增加的主要因素。

结论:受矿物颗粒保护的微生物残体碳是导致禁牧草地土壤有机碳含量高于放牧草地的主要因素。总之,禁牧不仅增加了地上生物量,也增加根系生物量和根际沉积,导致微生物生物量和残体的形成,在矿物基质的保护作用在土壤中长期稳定存在。禁牧条件下,微生物残体特别是真菌残体对SOC的积累贡献大于木质素酚。


02
主要结果
客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳


图1 放牧和禁牧样地地植物-土壤-微生物系统的碳储量。(a)地上部分碳库;(b)根碳库;(c)土壤有机碳库(0−25cm)和(d)微生物生物量碳(MBC)。



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图2 所有采集日期下,在放牧和禁牧草地上进行脉冲追踪试验的植物和土壤系统中13C标记图。(a)地上部分的13C标记;(b)根中的13C标记;(c) 13C标记土壤(d)土壤中13C标记的CO2放。


客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

图3 放牧和禁牧草地根系中13C标记的回归方程。(a)土壤13C标记和(b)微生物生物量C


客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

图4 放牧和禁牧草地中木质素酚和微生物残体碳的特征。(a)木质素酚的含量;(b)微生物残体碳的含量;(c)香草酸与香兰素的比值(Ad:Al)V,丁香酸与丁香醛的比值(Ad:Al)S,细菌残体碳与真菌残体碳的比值(B/F)。


客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

图5 放牧和禁牧草地的微生物群落组成。(a)放牧和禁牧草地中不同微生物类群的百分比;(b)放牧和禁牧草地中细菌与真菌的比率。微生物类群的分布是根据磷脂脂肪酸的数据。


客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

图6 植物和微生物残体对有机碳形成的贡献概念模型(MAOC:矿物结合有机碳;POC:颗粒有机碳;LP:木质素酚;FNC:真菌残体碳;BNC:细菌残体碳;红色箭头和虚线:标记的光合13C从大气到植物-土壤系统的流动;黑色箭头:死茎和根凋落物从植物到土壤的流动)


03
结论
客户文章(Q1)| 通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳

更多的凋落物输入和光合碳输入到土壤有助于微生物生物量的增加,进而增加残体碳。与放牧草地相比,长期禁牧增加了土壤有机碳含量,但未增加微生物残体碳对土壤有机碳的贡献比例。

长期禁牧增加了地上部和根系生物量、总有机碳和有机碳库、微生物生物量和残体含量。放牧草地中木质素酚的含量高于禁牧草地是由于植物碳输入后更高的氧化分解。与放牧草地相比,禁牧草地在地下具有较高的光合产物分配能力,微生物残体对有机碳积累的贡献大于木质素酚,微生物残体的积累受根沉积物、pH值、水分、矿物保护和底物质量的影响。研究结果表明,长期禁牧后土壤有机碳的增加主要是由于真菌残体的积累,这些结果有助于更好地预测草地管理措施介导的长期有机碳动态。




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