根对土壤有机碳的影响:双刃剑

文章来源: | 2021-03-03

植物根系碳输入是土壤碳库的重要来源。光合作用固定的碳,大部分被分配到地下根和与根相关联的微生物中,根凋落物和根际沉积等植物根系土壤碳输入途径对土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)的累积有着重要作用。植物根系中的碳流向土壤主要通过3种途径:一是根凋落物的分解;二是根际沉积;三是碳流动到根相关的共生菌中(如菌根)。根凋落物相比地上凋落物对相对稳定的土壤碳库的贡献更大。根系分泌物是土壤中不稳定碳的主要来源,通过刺激土壤有机质分解而产生与根凋落物输入相反的作用。不同输入途径的有机碳在土壤中的稳定性存在差异,根据周转时间的不同,可将土壤有机碳库分为活性碳库(Labile C pool)、缓效性碳库(Slow C pool)和惰性碳库(Passive C pool)。植物根系碳输入引起复杂的根际过程,通过影响根际土壤微生物生物量和群落结构,进而影响土壤胞外酶活性,改变土壤有机质的分解过程,最终影响植物-土壤-大气之间的碳循环格局(黄梓敬等,2020)。


不难看出,研究植物根系碳输入对土壤碳库的共享极其重要,但目前对根系影响土壤有机碳动态的认识存在悖论。正如悉尼大学的Feike A. Dijkstra等(Feike A. Dijkstra, et al., 2020)指出,植物根系以根凋落物和根际沉积形式向土壤输入有机碳,控制和影响土壤有机碳动态。根系碳输入导致SOC增加,尤其植物根系促进SOC稳定时;但根系也会导致SOC失稳,使先前受保护的C暴露于微生物分解,导致SOC损失。大量研究忽视了植物根系会造成SOC失稳,只研究植物根系对SOC稳定的作用。

Feike A. Dijkstra等(Feike A. Dijkstra, et al., 2020)通过整合目前对根系影响土壤有机碳动态的认识,提出一个新的、由微生物周转和土壤理化矩阵两个关联组分构成的Rhizo-Engine模型。该模型强调根系影响土壤有机碳动态是一把双刃剑,由根际沉积、根周转和植物吸收养分和水分三个方面驱动,通过稳定和不稳定机制加速SOC周转。SOC的稳定和失稳取决于植物功能属性、植物和微生物间的共生关系和环境因子等。充分认识SOC的稳定和失稳机制,能更好地基于Rhizao-Engine模型理解土壤C吸存,也为认识土壤有机碳库对气候变化和土地利用变化响应的敏感性提供了机会。

图1210303.jpg
图1 根系对土壤有机碳库(SOC)影响悖论
图2210303.jpg
图2 Rhizo-Engine模型
图3210303.jpg
图3 根系驱动土壤有机碳动态的潜在模型

参考文献
1. 黄子敬, 徐侠, 张惠光, 蔡斌, 李良彬(2020). 根系输入对森林土壤碳库及碳循环的影响研究进展. 南京林业大学学报(自然科学版), doi:10.3969/j.issn.1000-2006.202002048.
2. Feike A. Dijkstra, Biao Zhu, Weixin Cheng(2020). Root effects on soil organic carbon: a double-edgedsword. New Phytologist, 1-6, doi: 10.1111/nph.17082.

   中文/En