文章信息

原名：Soil aggregate-associated organic carbon mineralization and its driving factors in rhizosphere soil

译名：根际土壤团聚体相关有机碳矿化及其驱动因素

期刊：Soil Biology and Biochemistry

2022年影响因子：9.7

5年影响因子：10.2

在线发表时间：2023.09.19

通讯作者：刘毅

第一单位：中国科学院武汉植物园流域生态研究中心

文章亮点

大颗粒团聚体对土壤碳储存和碳通量的贡献很大。

土壤团聚体的空间异质性影响微生物群落的分布。

根瘤菌层增强了不同团聚体之间的土壤碳矿化分异。

土壤养分供应在团聚体尺度的碳矿化过程中起着关键作用。

01研究背景

土壤作为最大的陆地碳库，在控制区域碳平衡和全球气候变化方面起着至关重要的作用。土壤团聚体是土壤结构的基本单位，为土壤微生物提供栖息地和活动场所，推动陆地生态系统的物质交换和能量流动。因此，在团聚体水平上研究根际与非根际土壤碳矿化的差异，对于了解根际微环境中碳的动态变化规律，提高土壤碳库具有重要意义。然而，根际效应在聚集尺度上对碳矿化的具体模式和相对贡献仍不清楚。

02研究方案

为了解决这一问题，我们进行了一项培养实验，以考察气候变暖对土壤碳矿化的影响。我们还评估了根际和非根际土壤中不同团聚体上微生物活动和土壤性质的变化，同时探索了根际效应如何调节土壤呼吸对变暖的响应。

03研究结果

在4周的培养时间内，土壤CO₂通量随温度、团聚体大小和根际/非根际土壤表现出显著差异。一般来说，在所有土壤类型中，土壤碳排放量随时间呈指数下降。碳矿化速率的动态变化符合两个参数的指数衰减函数。根据指数衰减函数估计的初始矿化率(a值)似乎随着每个处理中较高的培养温度而增加。在相同的培养温度下，初始矿化速率以小团聚体(SMA)最高，其次是大团聚体(LMA)，最后是微团聚体(MA)。根际土壤与非根际土壤相比，根际土壤的初始矿化速率显著高于非根际土壤。相反，衰减常数(k值)表现出不同的模式，在30◦C时较低，但在20◦C和10◦C时较高。

Fig.1.Soil aggregate composition (a), pH levels (b), and its associated nutrient properties (c-f) in the rhizosphere and non-rhizosphere soil. Error bars represent standard deviations. LMA, large macroaggregates; SMA, small macroaggregates; MA, microaggregates. ANOVA results are also given:***p<0.001, **p<0.01, *p < 0.05; ns, not significant.

Fig. 2. Decay dynamic of soil CO₂ flux of different aggregates particle sizes in the rhizosphere(a–c) and non-rhizosphere soil(d–f). LMA, large macroaggregates; SMA, small macroaggregates;MA, microaggregates. All fitting results reached a highly significant level.

Fig. 3. Cumulative mineralization (a) and its contribution (b) of different aggregates particle sizes in the rhizosphere and non-rhizosphere soil. Error bars represent standard deviations. LMA, large macroaggregates;SMA, small macroaggregates; MA, microaggregates. ANOVA results are also given: ***p < 0.001, **p < 0.01, *p < 0.05; ns, not significant.

Fig. 4. The occurrences of microbial biomass(a), enzyme activities(b) in different aggregates particle sizes of rhizosphere and non-rhizosphere soil. Box heights indicate percentages of total occurrences, and the width of the lines indicates the amount of stock.

Fig.5. Path analysis diagram of soil cumulative mineralization for various factors in

the rhizosphere soil(a) and non-rhizosphere soil(b). Soil nutrient included variables of TN, SOC, AN, and AP; Microorganisms contained variables of total PLFAs, GP, GN, ACT, and fungi; Enzymes included variables of alkaline phosphatase, invertase, cellulase, and urease. The arrows indicated the directions of rhizosphere effects. The numbers adjacent to the arrows were the load factor between variables. Black lines indicated positive effects, whereas red lines indicated negative effects. Arrow width was positively correlated with the strength of the path coefficients. R² indicated the percentage of variance explained. Dashed lines indicated paths with non-significant coefficients, ***p < 0.001, **p < 0.01, *p < 0.05.

03研究结论

土壤团聚体的空间异质性影响着微生物群落的分布，其中大团聚体对土壤碳通量的贡献很大。根际相互作用进一步增强了这些效应。根际土壤通过提供更多的养分输入和促进团聚体的稳定性，为微生物的活动创造了良好的环境。这导致微生物生物量和酶活性大幅增加，最终增强土壤碳矿化。在升温培养过程中，碳矿化由于底物稀缺而下降，但根际土壤中较高的底物质量和生物活性缓解了后期养分对微生物分解代谢的限制。偏最小二乘通径分析表明，根际对土壤有机碳矿化有积极影响，其中土壤养分起着关键作用。这些发现强调了根际效应和稳定的团聚体结构在土壤碳循环中的重要性。了解根际在调节土壤微环境中的关键作用，将极大地改善土壤团聚体水平上的有机碳固定和周转，从而有助于碳中和。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2023.109182

文章信息

原名：Soil aggregate-associated organic carbon mineralization and its driving factors in rhizosphere soil

译名：根际土壤团聚体相关有机碳矿化及其驱动因素

期刊：Soil Biology and Biochemistry

2022年影响因子：9.7

5年影响因子：10.2

在线发表时间：2023.09.19

通讯作者：刘毅

第一单位：中国科学院武汉植物园流域生态研究中心

文章亮点

大颗粒团聚体对土壤碳储存和碳通量的贡献很大。

土壤团聚体的空间异质性影响微生物群落的分布。

根瘤菌层增强了不同团聚体之间的土壤碳矿化分异。

土壤养分供应在团聚体尺度的碳矿化过程中起着关键作用。

01研究背景

土壤作为最大的陆地碳库，在控制区域碳平衡和全球气候变化方面起着至关重要的作用。土壤团聚体是土壤结构的基本单位，为土壤微生物提供栖息地和活动场所，推动陆地生态系统的物质交换和能量流动。因此，在团聚体水平上研究根际与非根际土壤碳矿化的差异，对于了解根际微环境中碳的动态变化规律，提高土壤碳库具有重要意义。然而，根际效应在聚集尺度上对碳矿化的具体模式和相对贡献仍不清楚。

02研究方案

为了解决这一问题，我们进行了一项培养实验，以考察气候变暖对土壤碳矿化的影响。我们还评估了根际和非根际土壤中不同团聚体上微生物活动和土壤性质的变化，同时探索了根际效应如何调节土壤呼吸对变暖的响应。

03研究结果

在4周的培养时间内，土壤CO₂通量随温度、团聚体大小和根际/非根际土壤表现出显著差异。一般来说，在所有土壤类型中，土壤碳排放量随时间呈指数下降。碳矿化速率的动态变化符合两个参数的指数衰减函数。根据指数衰减函数估计的初始矿化率(a值)似乎随着每个处理中较高的培养温度而增加。在相同的培养温度下，初始矿化速率以小团聚体(SMA)最高，其次是大团聚体(LMA)，最后是微团聚体(MA)。根际土壤与非根际土壤相比，根际土壤的初始矿化速率显著高于非根际土壤。相反，衰减常数(k值)表现出不同的模式，在30◦C时较低，但在20◦C和10◦C时较高。

Fig.1.Soil aggregate composition (a), pH levels (b), and its associated nutrient properties (c-f) in the rhizosphere and non-rhizosphere soil. Error bars represent standard deviations. LMA, large macroaggregates; SMA, small macroaggregates; MA, microaggregates. ANOVA results are also given:***p<0.001, **p<0.01, *p < 0.05; ns, not significant.

Fig. 2. Decay dynamic of soil CO₂ flux of different aggregates particle sizes in the rhizosphere(a–c) and non-rhizosphere soil(d–f). LMA, large macroaggregates; SMA, small macroaggregates;MA, microaggregates. All fitting results reached a highly significant level.

Fig. 3. Cumulative mineralization (a) and its contribution (b) of different aggregates particle sizes in the rhizosphere and non-rhizosphere soil. Error bars represent standard deviations. LMA, large macroaggregates;SMA, small macroaggregates; MA, microaggregates. ANOVA results are also given: ***p < 0.001, **p < 0.01, *p < 0.05; ns, not significant.

Fig. 4. The occurrences of microbial biomass(a), enzyme activities(b) in different aggregates particle sizes of rhizosphere and non-rhizosphere soil. Box heights indicate percentages of total occurrences, and the width of the lines indicates the amount of stock.

Fig.5. Path analysis diagram of soil cumulative mineralization for various factors in

the rhizosphere soil(a) and non-rhizosphere soil(b). Soil nutrient included variables of TN, SOC, AN, and AP; Microorganisms contained variables of total PLFAs, GP, GN, ACT, and fungi; Enzymes included variables of alkaline phosphatase, invertase, cellulase, and urease. The arrows indicated the directions of rhizosphere effects. The numbers adjacent to the arrows were the load factor between variables. Black lines indicated positive effects, whereas red lines indicated negative effects. Arrow width was positively correlated with the strength of the path coefficients. R² indicated the percentage of variance explained. Dashed lines indicated paths with non-significant coefficients, ***p < 0.001, **p < 0.01, *p < 0.05.

03研究结论

土壤团聚体的空间异质性影响着微生物群落的分布，其中大团聚体对土壤碳通量的贡献很大。根际相互作用进一步增强了这些效应。根际土壤通过提供更多的养分输入和促进团聚体的稳定性，为微生物的活动创造了良好的环境。这导致微生物生物量和酶活性大幅增加，最终增强土壤碳矿化。在升温培养过程中，碳矿化由于底物稀缺而下降，但根际土壤中较高的底物质量和生物活性缓解了后期养分对微生物分解代谢的限制。偏最小二乘通径分析表明，根际对土壤有机碳矿化有积极影响，其中土壤养分起着关键作用。这些发现强调了根际效应和稳定的团聚体结构在土壤碳循环中的重要性。了解根际在调节土壤微环境中的关键作用，将极大地改善土壤团聚体水平上的有机碳固定和周转，从而有助于碳中和。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2023.109182