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成都生物所在吸收根/运输根差异化调控森林土壤有机碳化学组成和来源中获新进展
发表日期: 2022-05-05 作者: 汪其同 文章来源:
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 森林土壤有机碳(SOC)的形成过程与途径非常复杂,受到众多生物和非生物因素的共同影响,导致目前关于森林SOC分子组成与形成途径还缺乏统一的认识。近年来,不断涌现的证据表明土壤微生物经过合成代谢过程而迭代累积的化合物(即土壤微生物碳泵,MCP)可能比传统的植物源化合物在土壤有机碳形成和累积中发挥了更大的贡献。相应地,微生物生长和死亡过程对土壤C积累贡献在土壤微生物热点区更为突出,但目前对微生物热点区土壤碳动态独特规律缺乏充分的野外原位试验验证。根系活动形成的根际作为典型的微生物热点区,为从细微尺度上深入辨识微生物过程在SOC形成和累积中的关键调控作用提供了独特的研究视角。特别地,根系作为一个高度复杂且功能异质的分支系统,不同根系模块(如吸收根和运输根)根系生理代谢活性之间存在明显差异,并导致不同根系功能模块间SOC化学组成和形成途径呈现出高度的异质性特征。然而,目前关于不同根系功能分化如何差异化地调控土壤SOC组分与形成来源等关键过程研究近乎一片空白,极大地限制了在细微尺度上对森林土壤C形成和固存机制的深入认识与理解。 

 基于此,中科院成都生物研究所森林生态过程与调控项目组尹华军研究团队以西南亚高山典型的人工林云杉(Picea asperata)为试验对象,通过分离吸收根(1-3级细根)和运输根(4-5级细根)两个根系功能模块,在量化两个功能模块根际SOC储量及其对土壤C固存相对贡献差异的基础上(Wang et al., 2021, SBB),进一步借助于生物标志物分析技术,分析了两个功能模块间土壤微生物残体分子组成(氨基糖:胞壁酸、氨基葡萄糖、氨基半乳糖)的差异,并量化和评估了吸收根和运输根根际土壤MCP能效(即微生物残体CSOC的贡献)大小。研究结果表明:I)尽管吸收根和运输根根际单位SOC中氨基糖含量低于非根际土壤,但两个根系功能模块氨基糖累积效率(即根际相对于非根际增加的SOC中氨基糖的比例)均超过0.51),表明微生物残体在根际SOC累积贡献中发挥了主导性作用II)根际和非根际土壤MCP能效均超过50%,且吸收根(56%)比运输根(51%)驱动了更大的土壤MCP能效(2)。上述结果表明,微生物残体是高寒针叶林土壤有机碳固存的主要贡献者,本研究从根际视角为SOC积累中土壤微生物碳泵能效理论提供了直接的试验证据。 

 上述研究结果于2022423日以“Absorptive roots drive a larger microbial carbon pump efficacy than transport roots in alpine coniferous forests”为题,在线发表于国际生态学领域顶级期刊《Journal of Ecology》上。成都生物研究所博士后汪其同为论文第一作者,尹华军研究员为论文通讯作者。本研究得到了第二次青藏高原科学考察项目、中科院“西部之光”交叉团队项目和国家自然科学基金项目的联合资助。 

 Journal of Ecology》是英国生态学会会刊,与美国生态学会《Ecology》同属生态学领域的Top期刊。同时,这是本项目组自2020年以来在该期刊发表的第3篇关于森林根际过程研究的论文。 

 原文链接1 

 原文链接2 

 1吸收根和运输根根际相对于非根际增加的SOC中氨基糖的比例. AS,氨基糖;AR,吸收根;BR,运输根。 

 2 微生物残体C在吸收根、运输根和非根际SOC形成和累积中的贡献. MNC,微生物残体碳;FNC,真菌残体碳;BNC,细菌残体碳。 


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