土壤碳庫(kù)是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù),其儲(chǔ)量要大于植物和大氣碳庫(kù)的總和,即使土壤有機(jī)質(zhì)分解速率發(fā)生微小的增加,也會(huì)對(duì)大氣CO2濃度產(chǎn)生顯著的正效應(yīng),從而加劇化石燃料燃燒和土地利用變化對(duì)全球變暖的影響。越來(lái)越多的證據(jù)表明,除了溫度和水分,根際激發(fā)效應(yīng)(Rhizosphere priming effect, RPE)是影響土壤有機(jī)質(zhì)分解以及土壤碳庫(kù)源匯功能轉(zhuǎn)變的另一主要因子。盡管根際激發(fā)效應(yīng)影響著長(zhǎng)期的土壤碳儲(chǔ),但是幾乎所有的研究都集中量化生長(zhǎng)季的根際激發(fā)效應(yīng),而對(duì)非生長(zhǎng)季(比如葉片枯黃之后和新芽萌發(fā)之前)的根際激發(fā)效應(yīng)了解甚少。
基于此,中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所地下生態(tài)過(guò)程團(tuán)隊(duì)利用穩(wěn)定13C同位素技術(shù)量化了四種多年生草本植物:披堿草(Elymus dahuricus)、大針茅(Stipa grandis)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和扁蓿豆(Melissilus ruthenicus)在葉片枯黃之后(T1)和新芽萌發(fā)之前(T2)的根際激發(fā)效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn):在葉片枯黃之后和地上部再生長(zhǎng)之前,四個(gè)物種都產(chǎn)生正向根際激發(fā)效應(yīng),其中豆科的紫花苜蓿和扁蓿豆最大,披堿草最小。非生長(zhǎng)根際激發(fā)效應(yīng)的幅度為40%~238%,其瞬間的強(qiáng)度可堪比生長(zhǎng)季的強(qiáng)度。非生長(zhǎng)季根際激發(fā)效應(yīng)的種間差異可能由其根系性狀所解釋?zhuān)哂懈蟮母诒?、根直徑以及菌絲侵染率的植物,意味著有更大的地下碳分配以及菌絲周轉(zhuǎn)碳輸入,可能導(dǎo)致在非生長(zhǎng)季有更大的根際激發(fā)效應(yīng)?;谝陨蟽蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)的單點(diǎn)根際激發(fā)效應(yīng)和季節(jié)長(zhǎng)短,我們利用線性外推法粗略估算了生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季的累積根際激發(fā)效應(yīng)以及其占全年土壤CO2通量占比?;诠灿形锓N,我們發(fā)現(xiàn)大針茅和紫花苜蓿非生長(zhǎng)季的累積根際激發(fā)效應(yīng)占全年比例分別為35%和29%,表明非生長(zhǎng)季根際激發(fā)效應(yīng)可能在全年土壤CO2通量發(fā)揮重要作用。
該研究成果以“Rhizosphere priming effect of four non-woody perennials after leaf senescence and before shoot regrowth”為題發(fā)表在土壤學(xué)期刊Geoderma(IF=7.422)。中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所地下生態(tài)過(guò)程組助理研究員盧佳禹為第一作者,王朋研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中科院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)A資助。

圖1 四個(gè)物種葉片枯黃之后(T1)和新芽萌發(fā)之前(T2)的根際激發(fā)效應(yīng)

圖2 非生長(zhǎng)季根際激發(fā)效應(yīng)的種間差異由其根系性狀所解釋




