根系分泌物对土壤碳的保护作用的机制

Mineral protection of soil carbon counteracted by root exudates

主要讨论了根系分泌物对土壤中的碳的保护作用，研究过程中应用unisense氧气微电极对根际周围加入不同的渗入液（草酸、葡萄糖等）后对应的氧浓度剖面分布进行了测试，从而确定了根系分泌物对根际微区微生物呼吸速率的影响。获得的氧浓度剖面表明了草酸的加入显著降低了周围土壤微生物对O2的应用的有效性，其影响的最高深度可达5mm，而葡萄糖和乙酸的添加量则局限在1.5 mm处。草酸处理中的土壤内的微生物呼吸作用超过使用葡萄糖的效果。这也进一步了解根际碳矿化的加速(即启动效应)是否是由渗出物从保护性的矿物-有机结合中释放碳的能力所促进。并发现了一种由根、根相关的真菌和细菌产生的有机酸（草酸），具有较强的金属络合能力，对微生物的生物能利用有限。根际上述的相关实验结构，研究人员发现一种常见的根分泌物草酸会促进使有机化合物从与矿物的保护性联系中释放出来而造成的碳损失。而通过加强微生物与以前的矿物保护化合物，这种间接机制会加速碳损失的过程，该研究结果也为“启动”现象背后的生物-非生物耦合机制提供了一些见解，并挑战了关于矿物质相关的碳是受微生物保护的假设机制。

 植物通过脱落的根系细胞、组织、粘液和各种渗出的有机化合物将40-60%的光合固定碳(C)直接输送到根部和相关微生物中。大气中二氧化碳浓度的升高预计会增加根分泌物的数量，并改变根分泌物释放到土壤中的成分。目前科研人员似乎还不太清楚改变输入会在多大程度上导致原生(或“旧的”)有机碳的净损失。因此需要存在一种更好地理解土壤中碳损失的潜在机制，这对于预测大型土壤碳储量如何应对全球变化做出反应至关重要。来自美国俄亥俄州的科研人员通过测试了根际碳矿化的加速(即启动效应)是否是由渗出物从保护性的矿物-有机结合中释放碳的能力所促进的。并提出了另一种方法可导致等量或更大的碳损失的机制(图1所示)。

  图1、根际土壤碳(“启动物”)的微生物矿化加速机制

    研究人员主要研究了根系分泌物对土壤中的碳的保护作用，研究过程中应用unisense氧气微电极对根际周围加入不同的渗入液（草酸、葡萄糖等）后对应的氧浓度剖面分布进行了测试，从而确定了根系分泌物对根际微区微生物呼吸速率的影响。获得的氧浓度剖面表明了草酸的加入显著降低了周围土壤微生物对O2的应用的有效性，其影响的最高深度可达5mm，而葡萄糖和乙酸的添加量则局限在1.5 mm处（图2所示）。

图2、根系分泌物对人工根际土壤的影响

    草酸处理中的土壤内的微生物呼吸作用超过使用葡萄糖的效果。这也进一步了解根际碳矿化的加速(即启动效应)是否是由渗出物从保护性的矿物-有机结合中释放碳的能力所促进。并发现了一种由根、根相关的真菌和细菌产生的有机酸（草酸），具有较强的金属络合能力，对微生物的生物能利用有限。根际上述的相关实验结构，研究人员发现一种常见的根分泌物草酸会促进使有机化合物从与矿物的保护性联系中释放出来而造成的碳损失。而通过加强微生物与以前的矿物保护化合物，这种间接机制会加速碳损失的过程，该研究结果也为“启动”现象背后的生物-非生物耦合机制提供了一些见解，并挑战了关于矿物质相关的碳是受微生物保护的假设机制。从以上研究内容来看，unisense微电极剖面系统在根际相关的机制研究方面具有很好的应用价值，为相关研究人员探索植物根际的相关领域研究提供了一种重要的技术支持。