028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

日期: 2021-08-20
标签:

原名:Absorptive and transport roots differ in terms of their impacts on rhizosphere soil carbon storage and stability in alpine forests

译名:高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

期刊:Soil Biology and Biochemistry

IF: 7.609

发表时间:2021.08.10

第一作者:汪其同

通讯作者:尹华军

主要单位:中国科学院成都生物研究所

摘要:

根据木本植物细根形态、生理和功能特征的内在差异,可将其分为吸收根和运输根两个功能模块。不同功能模块的根系对土壤生物地球化学过程的潜在生态效应已被广泛认识。然而,由这两个根系功能模块驱动的根际土壤碳储量的大小以及碳稳定机制尚不清楚。在本研究中,我们量化了云杉人工林矿质层(0-15cm)吸收根和运输根根际土壤有机碳含量和组分,进一步通过数值模型估算了两个根系功能模块不同根际范围土壤C储量。同时,通过分析根际土壤有机碳化学特征和金属-有机复合体特征,区分两个根系功能模块对根际土壤有机碳稳定性的差异化影响。结果表明,吸收根根际土壤有机碳含量比运输根根际高15.7%,这主要是由于吸收根根际土壤有机碳的稳定性(化学抗性和金属-有机键)更强。数值模型分析表明,吸收根根际有机碳库(0.27 ~ 2.7 kg C/m2)是运输根根际(0.18 ~ 1.36 kg C/m2)的2倍。在根际1 mm范围,吸收根根际土壤有机碳储量对根际土壤有机碳总储量的贡献(63.5%)远高于运输根根际(36.5%)。上述结果表明,吸收根在高寒针叶林根际土壤碳中发挥主导作用。本研究强调基于功能的细根分类与根际土壤碳储量结合运用于陆地表面土壤碳循环模型中具有重要意义,可为准确预测高寒针叶林生态系统土壤碳动态提供科学依据。


研究背景:

土壤有机碳(SOC)的形成、稳定和周转等动态变化过程已经成为当前生态学和土壤学领域亟需解决的核心科学问题之一。根系在调控土壤碳动态中的重要作用已经得到广泛认可,并在很大程度上取决于根系功能属性特征。具体而言,作为一个高度复杂且功能异质的分支系统,根系生理代谢活性在吸收根和运输根之间具有明显差异,从而导致根际SOC固存和稳定性在不同根系功能模块间呈现出高度的异质性特征。但是,现有的根际模型和实验研究大多将根际区简单视为一个均一体,很少考虑根系生命活动诱导的根际土壤碳动态在根系功能属性分化上的变异,极大地限制了在细微尺度上对森林生态系统土壤碳固存和稳定性机制的全面认识与理解,加剧了对根际土壤碳储存和持久性的评估和预测的复杂性。

研究内容:

本研究以我国西南地区一个75年的云杉(Picea asperata)人工林为研究对象,通过分离吸收根和运输根两个功能模块并采集相应的根际土壤(图1),评估了根际土壤碳含量在两个根系功能模块之间的差异,并估算了它们对根际土壤有机碳库的相对贡献。通过对土壤化学特征(C官能团和MOC含量)的表征,区分了两个根系功能模块间根际土壤有机碳稳定性的差异。鉴于根系对土壤有机碳动态的“双刃剑”效应(即对土壤有机碳储存和稳定的正或负影响),我们假设,由于根系C输入数量和质量的内在差异,吸收根和运输根会对根际有机碳储量和稳定性产生不同的影响。

高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

图1野外采样点布置示意图(A)、细根功能模块分离及根际土壤采集流程图(B)

主要结果:

1)吸收根和运输根根际SOC浓度和组分差异

两个根系功能模块对根际SOC浓度和组分的影响存在差异。吸收根根际土壤有机碳浓度比运输根高15.7% (表1)。两个根系功能模块根际有机碳中惰性C组分的比例均超过总有机碳的50%(表1),且吸收根根际显著高于运输根根际,而活性C组分的百分比表现出相反趋势。


表1 吸收根和运输根根际SOC浓度以及活性碳和惰性碳占比

高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

2)SOC稳定性的化学指标

吸收根的根际alkyl-C的比例比运输根根际高17.9%,而O-alkyl-C的比例降低了2.2%(表2)。吸收根根际SOC的疏水性指数和芳香性指数分别比运输根根际高13.33%和33.3%。与运输根根际相比,吸收根根际MOC中Fe和Al离子的含量分别高33.3%和41.6% (图2)。


表2 吸收根和运输根根际SOC的官能团特征

高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性


高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

图2 金属有机复合体中Fe和Al离子浓度


3)根际SOC含量和SOC稳定性的关系

Pearson相关分析表明,土壤有机碳的化学保护对根际土壤有机碳含量有一定影响。各有机碳组分中,根际有机碳含量与惰性C含量的相关性最强(图3)。根际土壤有机碳含量随有机碳化学保护程度的增加而增加。其中,根际土壤有机碳浓度与alkyl-C比例、SOC的疏水性和芳香性、Fe-MOC含量和Al-MOC呈显著正相关关系,但与O-alkyl-C比例呈显著负相(图3)。

高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

图3 SOC浓度与SOC理化特性间的Pearson相关系数矩阵。


4)基于模型估算的吸收根和运输根根际SOC储量

吸收根单位面积根长显著高于运输根,根直径则呈相反趋势;结果导致吸收根对根际土壤体积的贡献率高于运输根(表3)。在距离根表面0.5 mm处,吸收根的根际土壤体积比运输根高33.8%。当根际范围扩大到2mm时,两个根功能模块的根际土壤体积差异增加到74.8%(表3)。

除根际土壤体积和SOC含量外,数值模型估算的根际土壤有机碳储量在两个根系功能模块间也存在显著差异。各模拟根际范围下,吸收根根际土壤有机碳储量(0.27 ~ 2.7 kg C/m2)显著高于运输根根际(0.18 ~ 1.36 kg C/m2)。在0.5 ~ 2 mm的根际范围内,吸收根根际SOC库占根际SOC总量的60%以上,且随根际范围的增加而增加(60.1% ~ 66.4%);吸收根根际有机碳库是运输根根际有机碳库的1.51 ~ 1.98倍(图4)。

表3 吸收根和运输根根际土壤体积

高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

图4 吸收根和运输根根际SOC储量

结论:

本研究发现吸收根和运输根对森林根际土壤碳储量的调节作用不同。总的来说,吸收根根际土壤碳储量几乎是运输根根际的两倍,这主要是因为吸收根根际土壤有机碳的稳定性较高(图5)。随着根际范围的增加,吸收根对根际土壤碳库贡献的主导作用逐步增强。本研究为理解森林生态系统根系在土壤碳动态中的重要作用提供了新的视角。

高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性

图5 吸收根和运输根差异化调控根际SOC储量和稳定性的概念框架图



  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2026 - 01 - 30
    岗位一招聘岗位:技术支撑招聘人数:3人      综合月薪:7k-15k岗位职责1、项目前期对接(回复技术咨询,确认实验方案等);2、监督项目进度(与实验室对接检测要求,监督进度、确认数据);3、项目后期处理(追踪数据发放,协助处理项目结算等);4、老客户维护和新客户开发。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历;2、有相关实验经验优先(氨基糖,木质素酚,土壤酶活,微生物碳氮磷,有机氮组分、新污染物、代谢组学等),熟悉常规实验方法;3、熟悉相关实验室仪器设备(TOC仪,元素分析仪,液相等),具备相关实验数据的分析能力;4、性格外向,沟通能力强,能适应偶尔出差;岗位二招聘岗位:实验员招聘人数:8人      综合月薪:5k-10k岗位职责1、完成组内实验;2、完成领导安排的工作;3、进行实验的部分开发与验证。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历,优秀本科生亦可;2、有土壤、植物等理化实验经验;3、性格乐观开朗,主动性强;工作仔细耐心,有研究创新精神。岗位三招聘岗位:品牌经理招聘人数:15人     综合月薪:8k-20k岗位职责1、负责所在区域高校、单位的开拓推广工作,进入高校开展线下讲座、业务宣讲等活动;                                   2、定期拜访高校和企业相关重点客户,维持良好的检测合作关系;3、主动学习各种专业知识,关注行业动态及政策;4、负责完成上级领导布置的业绩目标。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历;2、有相关实验经验优先(氨基糖,木质素酚,土...
  • 点击次数: 0
    2026 - 01 - 13
  • 点击次数: 0
    2026 - 01 - 05
    文献解读原名:Fast Decomposition of Nitrogen-Rich Mineral-Associated Organic Matter in Soils译名:土壤中富氮矿物结合有机质的快速降解期刊:Global Change BiologyIF: 12.0  发表日期:2025年8月第一作者:贾娟副研究员 通讯作者:冯晓娟研究员01.背景MAOM储存土壤中大部分碳氮,主要由富氮微生物残体组成,传统观点认为其通过矿物吸附稳定存在。然而,MAOM的分解潜力及内在调控机制尚不明确:氮富集化合物是因强矿物吸附而稳定,还是因化学易降解性而快速分解?有机-有机相互作用对MAOM稳定性的影响也不清楚。此外,MAOM碳饱和机制存在争议,需明确其内在性质(组成、碳负载)对持久性的调控作用。这些问题限制了对土壤碳库动态的预测能力,亟需深入研究。02.科学问题富氮MAOM的分解潜力是否更高?其内在性质(分子组成、碳负载)如何调控分解?03.材料与方法(1)构建13C标记的微生物/植物源MAOM,通过30天培养监测CO2释放及同位素特征,结合热解-气相色谱/质谱和氨基酸分析表征分子组成。(2)实验1:在不同纯矿物(蒙脱石、高岭石和针铁矿)上构建了组成和 OC 负载量不同的微生物源和植物源 MAOM(即MAOM-microbe和MAOM-plant),随后与来自两个森林和两个草地地点的表层土壤混合后进行分解,这些地点具有不同的气候和土壤特性。(3)实验2:在蒙脱石基质上构建了三种不同有机碳负载的微生物来源MAOM(MAOM-microbe),并在同一草地表层土壤中进行分解。(4)实验3:将实验1获得的部分MAOM-microbe经高压灭菌和洗涤处理以去除富含氮的细胞内化合物,随后在人工土壤中与未经灭菌的MAOM-microbe共同进行降解,以比较不同组...
  • 点击次数: 0
    2025 - 12 - 26
    原名:Long-Term Active Rather than Passive Restoration Promotes Soil Organic Carbon Accumulation by Alleviating Microbial Nitrogen Limitation in an Extremely Degraded Alpine Grassland译名:长期主动恢复比被动恢复更能促进土壤有机碳的积累:主要是通过缓解土壤微生物氮限制期刊:Advanced ScienceIF:15.6发表日期:2025.11第一作者:弓晋超(四川农业大学)01摘要草地退化会打乱土壤里微生物的养分循环,但在草地恢复过程中,“微生物缺不缺氮(氮限制)”到底怎么影响土壤有机碳(SOC)的变化,我们还不太清楚。这项研究在青藏高原的严重退化草地上,对比了持续 10 年的两种恢复方式:(1)主动恢复:播种本地植物种子(2)被动恢复:用沙障等措施保护,让其自然恢复研究把微生物的“代谢特征”也纳入进来,比如:基于化学计量(元素比例)判断的养分限制、微生物碳利用效率(CUEST),同时把 SOC 分成两部分来看:(1)POC(颗粒有机碳):相对“新鲜/活跃”的那部分(2)MAOC(矿物结合有机碳):更稳定、更不容易分解的那部分结果发现:(1)主动恢复能明显缓解微生物的缺氮问题(降低 44–71%),从而让 SOC 储量大幅增加:(a)表层土 SOC 从 0.81 增到 3.15 kg m⁻²(增加 291–467%)(b)深层土 SOC 从 0.54 增到 3.08 kg m⁻²(增加 291–467%)(2)同时,主动恢复让 CUEST 下降(表层降 54%,深层降 34%),并显著提高两类碳:(c)POC 增加 483–557%(d)MAOC...
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龙潭街道成业路7号联东U谷二期7栋10楼
          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