东北农业大学 张颖教授团队论文 || 氮素有效性调节根系介导的土壤有机碳形成
题目：Nitrogen Availability Modulates Root-Mediated Soil Organic Carbon Formation 期刊：Environmental Science & Technology（1区，IF=12.2）作者：Xiaodong Wang, Lei Wang, Yarui Xin, Ying Zhang（通讯作者：张颖）摘要：活根影响秸秆还田条件下土壤有机碳（SOC）的形成，但其潜在机制尚不清楚。为阐明这些效应，我们通过在大豆田中孵育的土芯追踪了同位素标记的玉米秸秆碳在SOC中的去向。研究发现，根系生长并未显著影响秸秆还田下SOC的总量，而是促进SOC向稳定碳库的分配。然而，稳定SOC的形成在低氮（LN）和高氮（HN）土壤之间存在本质差异。在LN土壤中，根系生长通过促进秸秆来源碳向团聚体内颗粒态有机碳（oPOC）和矿物结合态有机碳（MAOC）的转移而促进稳定SOC的积累。相反，在HN土壤中，根系生长降低了秸秆来源碳对稳定SOC的贡献，但这种降低可能被根系分泌物源碳进入oPOC和MAOC所抵消。进一步研究表明，这些不同模式源于微生物对碳和氮的需求与资源可获得性之间的化学计量不平衡。本研究为秸秆还田条件下根系如何影响SOC形成提供了机制性见解，深化了人们对根系介导SOC固存的理解。关键词：秸秆还田，土壤有机碳库，微生物代谢策略，同位素标记，秸秆碳去向本研究通过¹³C同位素标记的玉米秸秆与大豆田土芯根阻隔（R0/R1）孵育实验，揭示了氮素有效性调节下根系—微生物—秸秆碳在不同SOC组分的差异化分配。低氮（LN）土壤中根系生长显著促进秸秆源碳向oPOC增加132.68%、向MAOC增加8.95%，秸秆分解速率提升33.15%、木质素酚增加6.63%；高氮（HN）土壤则相反—秸秆分解速率降低17.10%、木质素酚下降1.17%、秸秆源fPOC下降36.78%、MAOC下降9.83%—但被根系分泌物源碳补偿。机制层面，这一分化源于微生物碳氮需求与资源可获得性之间的化学计量失衡：低氮条件下微生物受氮限制启动资源获取型A策略（氮挖掘），通过水解/氧化酶活促进秸秆分解矿化，拟杆菌门（Bacteroidota）富集驱动该进程；高氮条件下微生物优先利用根系活性分泌物，降低资源获取投入，但细菌源氨基糖残体（BNC）积累提升5.48%以稳定矿物结合态碳库。方法学上整合¹³C稳定性同位素示踪、土壤团聚体与有机碳组分分组、木质素酚/氨基糖（MNC/BNC/FNC）生物标志物、宏基因组学、酶化学计量与FTIR红外光谱等，构建了"根系输入—微生物代谢—碳库分配"的完整证据链，深化了对根系介导秸秆碳固存机制的理解。
图 1. 根系生长对秸秆碳在各土壤有机碳（SOC）组分中的含量及土壤性质的影响。土芯构建与安装示意图（a）。根系生长对秸秆碳在自由颗粒态有机碳（fPOC）（b）、团聚体内颗粒态有机碳（oPOC）（c）及矿物结合态有机碳（MAOC）（d）中含量的影响。根系生长对土壤性质的效应量（e）。误差线代表标准误（SE，n = 6），阴影区域的散点代表效应量 ± 95% 置信区间（CI，n = 6）。统计显著性基于Wald II 型 χ² 检验，95% 置信区间不与零相交视为显著。实心圆点表示根系生长（R1）与根系排除（R0）处理间存在显著差异。
图 5. 根际过程对秸秆碳（straw C）在土壤有机碳（SOC）各组分中归趋的调控机制概念图。箭头方向表示变量的变化趋势（向上/增加；向下/减少），水平线表示无变化。
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