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文章信息
期刊：Ecology Letters
题目：Roots selectively decompose litter to mine nitrogen and build new soil carbon
作者：Joanna Ridgeway, Jennifer Kane, Ember Morrissey, Hayden Starcher, Edward Brzostek
发表日期：2023-10-28
研究背景
管理农业系统中的土壤，将碳 (C) 固存在土壤有机质 (SOM) 中，可能是抵消人为碳排放的有力方法。土壤是最大的陆地碳库，改变植被类型、增加有机投入或改变管理做法等实验操作表明，土壤可能会显著而快速地积累SOM。然而，在了解、预测和优化土壤碳积累方面存在很大的不确定性。造成这种不确定性的主要原因是，植物根系和土壤微生物是土壤生物地球化学循环的主动力，它们通过同时发生的过程来积累和消耗SOM。因此，我们优化土壤固碳的能力依赖于更好地了解根系和微生物如何推动凋落物新碳的输入转入到 SOM。
本研究的目标是:(1)确定活根和共生真菌如何影响不同SOM库中的凋落物分解和SOM形成;(2)评估微生物驱动的SOM形成如何响应施肥。对于第一个目标，作者分析了图1所示的对立假设的净效应。对于第二个目标，作者检验了2个假设: (1)在未施肥的土壤中，活根对SOM形成的影响最大; (2)有机肥比无机肥更能加速微生物分解和SOM循环。
图1. SOM的三个碳库的动态示意图
研究方法
本研究进行了一个土柱培养实验，采用内生长室 (ingrowth) 的方法，通过将同位素标记凋落物输入到3种处理的内生长土芯中：根系和真菌生长（R）、排除根系但允许真菌生长（F）、根系和真菌均排除（T），进行了一个生长季的培养。这样的实验设计可以量化活根和真菌对新SOM形成的影响。
本研究还在不同营养处理条件下的样地上安装了内生长室，研究土壤C和N有效性对根系、菌根真菌和腐生微生物驱动凋落物C和N向轻组POM、重组POM和MAOM转移的影响。
图2. 内生长室的实验设计
研究结果
根系增加了凋落物的分解，但并没有导致碳的净损失，因为根系促进了凋落物中的碳转移到团聚体相关的SOM中（重组POM）。
此外，根系选择性地从凋落物中调动氮而不释放额外的碳。
总体而言，本研究结果表明，根系挖掘凋落氮并保护土壤碳。
图3. 不同生长室处理的土壤轻组POM、重组POM和MAOM库中凋落物 C（a）和凋落物 N（b）的总质量
图4. 不同生长室处理中轻组POM、重组POM和MAOM库的的凋落物C
图5. 不同生长室处理中轻组POM、重组POM和MAOM库的的凋落物C:N比
图6. 不同施肥下不同生长室处理的土壤轻组POM、重组POM和MAOM库中回收的凋落物C（a）和凋落物N（b）的总回收量
研究结论
本研究扩大了我们对活根如何在农业系统中塑造生态系统过程的机械理解。研究发现芒草根可以同时从凋落物中释放N而不释放额外的C，并将C转化为更持久的SOM形式，这对生物能源生产的可持续性以及恢复性农业抵消碳排放的可行性具有重要意义。总的来说，本工作表明，活根可以选择性地挖掘氮，同时固存土壤碳。这一知识有助于提高对土壤有机质循环的预测性理解，这对实现恢复性农业的目标至关重要。
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原文链接：https://doi.org/10.1111/ele.14331
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