向日葵和大麦根际效应对土壤中化感物质吸附与降解的影响机制研究

本研究针对植物根际效应对化感物质（allelochemicals）环境行为的影响机制不明问题，通过比较向日葵（Helianthus annuus）和大麦（Hordeum vulgare）根际与非根际土壤中S-脱落酸（ABA）、S-胡薄荷酮（PUL）和凯林（khellin）的吸附与降解规律，发现根际土壤微生物群落和化学性质的变化显著影响化感物质降解速率，为精准评估化感物质生态功能提供了新视角。

　　

在自然和农业生态系统中，化感物质（allelochemicals）作为植物释放的次生代谢产物，通过抑制邻近生物生长参与种间竞争。然而，其环境行为高度依赖土壤介导的吸附与降解过程，而根际（rhizosphere）这一植物-土壤互作的关键界面如何影响化感物质命运，仍是研究空白。传统评估方法往往忽略植物存在，导致实验室数据与田间实际脱节。为此，西班牙塞维利亚自然资源与农业生物学研究所（IRNAS-CSIC）的研究团队在《Geoderma》发表论文，首次系统揭示了向日葵和大麦根际效应对三种典型化感物质环境行为的影响机制。

研究采用批量平衡法和培养实验测定吸附系数（K_d）与降解动力学，结合高通量16S rRNA基因测序分析微生物群落。实验设计包含非根际对照、根际土壤（rhizospheric soil）和根附着土壤（root-adhering soil）三种处理，监测了溶解性碳、pH及金属元素变化。

3.1 吸附行为
研究发现ABA因阴离子排斥呈现负吸附（K_d=-0.2至-0.1 L/kg），PUL和khellin的K_d分别为0.1-0.4 L/kg和6.2-7.7 L/kg。根际效应未显著改变三者吸附能力，表明土壤固有吸附特性占主导。

3.2 降解动力学
根际土壤中ABA和PUL在向日葵体系降解加速（DT₅₀缩短30%），而大麦根际使三者降解延缓（khellin的DT₉₀从4.5天延长至8.3天）。这种差异与根际溶解性有机碳（DOC）增加8-14%、pH降低0.20-0.51单位密切相关。

3.3 微生物群落重构
16S测序显示根际富集Burkholderiales（如Comamonadaceae和Oxalobacteraceae），而放线菌门（Actinobacteriota）和绿弯菌门（Chloroflexi）丰度下降。LEfSe分析表明，向日葵根际特异性富集Comamonadaceae可能驱动ABA快速降解，而大麦根际Oxalobacteraceae的增殖可能竞争性抑制khellin降解。

该研究首次证实植物通过根际化学与生物效应调控化感物质降解路径，但吸附行为不受影响。这一发现为构建更接近田间实际的化感物质评估模型提供了理论依据，对开发基于化感物质的生态农业技术（如生物除草剂）具有重要指导意义。研究同时指出，未来需建立标准化根际采样方法，并探索不同土壤类型下的普适性规律。