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
    2024 - 07 - 25
    一、木质素酚实验流程:→氧化:CuO+Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O+2 M NaOH高温氧化。收集上清液→提取:纯水洗渣两次,合并上清液,调PH→衍生:吡啶+BSTFA衍生→上机:(GS-MS)图谱展示:二、角质、软木质实验流程:→水解:称取约1.0~2.0g的土样于四氟乙烯反应釜中,1mol/L甲醇化氢氧化钠3mL,沸水浴3h。→净化:a.酸化:待水解液冷却至室温后,用10ml甲醇:二氯甲烷(1:1)混合液冲洗水解管,超声15min。取上清液用HCl酸化至ph b.萃取:收集有机相于5mL衍生瓶中,于38°C下轻轻氮吹至干。→衍生:向吹干的衍生瓶中加入100uL吡啶和400uLBSTFA后盖紧。漩涡30s混匀,70°C反应3h,待冷却后上机。→上机:(GC-MS)图谱展示:三、脂类(游离态脂)实验流程:→萃取:称取约0.5~1.0g的土样于10mL离心管中,加入5mL丙酮:二氯甲烷(1:1)混合液超声萃取20min,离心收集上清液。重复两次合并上清液并氮气吹干,衍生后上机测试。→衍生:向吹干的样品和标准的衍生瓶中加入100uL吡啶和400uLBSTFA后盖紧。涡旋30s混匀,70°C反应3h,待冷却后上机。→上机(GC-MS)图谱展示:更多相关检测讯息so栢晖生物~
  • 点击次数: 0
    2024 - 07 - 24
    文献解读原名:Not all soil carbon is created equal: Labile and stable pools under nitrogen input译名:并非所有的碳都是相同的:氮输入下的易分解库和稳定库期刊:Global Change BiologyIF:10.8发表日期:2024.7.8第一作者:臧华栋 中国农业大学农学与生物技术学院背景人类活动提高了世界范围内的氮输入,由于农业活动和化石燃料的使用,人类氮输入比自然来源大30%-50%。鉴于碳氮之间的密切关系,活性氮输入水平将极大地影响全球碳循环,氮输入的增加刺激了土壤碳储存,因为氮的增加促进了植物生物量的产生和植物来源的碳输入,然而氮输入对不同周转时间的有机质(SOM)库影响仍存在争议,特别是其潜在机制。因此,探究有机质库对氮输入的响应对阐明全球C循环的复杂性至关重要。假设(1)通过方法组合可以有效地评价C池(从数年到数十年的周转率)对氮施肥的响应。(2)“碳限制”和“微生物氮开采”这两种机制都与SOM池相关,取决于它们的可用性,这代表这两种理论之间的联系。科学问题(1)分析不稳定到稳定有机质的矿化反应;(2)量化各种有机质库分解对氮输入的敏感性;(3)评估细菌和真菌群落变化,并阐明微生物群落的变化程度如何反映有机质分解对氮输入的响应。材料与方法方法:将有机质中的13C自然丰度与21年的C3-C4植被转换和长期孵化实验结合起来,估算氮输入对不稳定碳库和稳定碳库有机质矿化的影响。土壤取自霍恩海姆大学试验站0-10厘米深度(有机碳约2.4%,总氮含量0.25%,pH值5.1)和邻近草地(有机碳约2.5%,总氮0.21%,pH 5.1)。巨芒草作为一种C4植物,在21年前被引入到之前的C3草地土壤中,导致δ13C从−27‰转移到−17‰。δ13C中这种差异被用来区分新土壤和老土壤有机碳。C4-...
  • 点击次数: 0
    2024 - 07 - 15
    土壤氨基糖实验流程如下:一、实验方法及原理氨基糖在吡啶-甲醇溶液中,以 4-二甲氨基吡啶为催化剂的条件下与盐酸羟胺和乙酸酐发生糖腈乙酰酯反应, 所得衍生物可利用气相色谱测定。二、实验步骤2.1主要实验仪器   GC(毛细管分流进样口, FID检测器)鼓风烘箱(涵盖105℃,可定时8h)涡旋混合仪(2850rpm)离心机(50mL,3650rpm)冷冻干燥机水浴锅(45℃、80℃)旋转蒸发仪(100mL,65℃)离心机(5mL,8000rpm)2.2 实验步骤1、水解:称取约0.5~1.0g的土样于水解管中,沿管壁加入5 mL 6 mol/L盐酸,用氮气置换水解管中空气2min后密封。在烘箱中105℃放置8h水解。2、净化:a) 除酸:待水解液冷却至室温后,加入200μgN-甲基氨基葡萄糖(1mg/mL水溶液,200μL)。涡旋仪震荡30s混匀。取部分水解液于5mL离心管中,于8000rpm离心1min。取上清液2.5mL于50mL离心管中用氮气于65℃吹干。用25mL纯水溶解吹干后的残渣。加0.4mol/LKOH和0.01mol/LHCL调节pH至6.6~6.8。b) 除盐:离心管以3000rpm离心5min,转移出上清液于100mL茄型瓶中,于65℃,25rpm旋转蒸发至干。再加入10mL无水甲醇分两次溶解瓶中残渣。后转移至另一50mL离心管。氮吹至5mL以下,涡旋溶解管壁有机物后,以4000rpm离心5min,除盐。再将上清液转移到5mL衍生瓶中并加入100μg戊五醇(1mg/mL水溶液,100μL),于40℃氮气吹干。3、标准样品制备:同时准备3个标准样品。另取衍生瓶中加入100μL混标(1mg/mL的氨基葡萄糖、氨基半乳糖、氨基甘露糖,0.5mg/mL胞壁酸),100μgN-甲基氨基葡萄糖(1mg/mL水溶液,100μL),100μg戊...
  • 点击次数: 0
    2024 - 07 - 01
    原名:Conversion of SIC to SOC enhances soil carbon sequestration and soil structural stability in alpine ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau.译名:无机碳(SIC)向有机碳(SOC)的转化增强了青藏高原高寒生态系统的土壤固存和土壤结构稳定性。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:9.7发表日期:2024.8(网络首发2024.5)第一作者:马云桥 青海大学高原生态与农业国家重点实验室(李希来课题组)一、背景陆地生态系统储存了大量的有机碳(SOC)和无机碳(SIC),土壤有机碳和土壤无机碳由非生物和微生物因素驱动具有潜在动态相互关系,对土壤结构和固碳有重要影响(图1)。同时青藏高原约占国土面积的五分之一,是我国巨大的碳库,因此对该区域生物和非生物因子介导的土壤有机碳和无机碳动态转化过程和机制研究显得尤为重要。图1 微生物驱动的有机碳和无机碳周转关系示意图二、科学问题(1)评估不同空间尺度下不同植被类型中聚集体的组成和稳定性;(2)量化SOC、MBC、DOC、SIC和碳水解酶酶活性(α-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶)的分布,以及不同植被类型不同土壤团聚体中细菌和真菌群落的组成和多样性;(3)分析调控团聚体内SOC和SIC动态转化的主要生物和非生物因子,以约束土壤团聚体形成与土壤碳库动态转化的关系。三、材料与方法(1)研究地点位于中国青海省河南-蒙古自治县(北纬34°05′-34°56′,东经100°53′-102°16′),海拔范围3400-4200米。(2)MS代表高寒草甸阳坡,SS代表高寒草甸阴坡,WR代表河滨湿地。每种地形的优势植物机水汽条件有所不同(...
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
Q  Q : 2105984845
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
电话:028 8525 3068
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