在日本冷温带山毛榉林中，对活体、死亡以及新萌发的细根中的碳进行放射性碳测年所得的结果

《Frontiers in Forests and Global Change》：Radiocarbon-derived ages of carbon in live, dead, and newly emerged fine roots in a cool-temperate Japanese beech forest

森林生态系统作为天然碳汇对缓解气候变化至关重要，但细根（<2mm）的碳动态机制尚不明确。本研究采用14C同位素分析结合 ingrowth 网格袋和土壤剖面挖掘方法，系统解析日本冷温带山毛榉林细根的碳年龄及周转规律。结果表明：活细根碳年龄为5-23年，死细根为1-34年，直径和分支级次增加碳年龄显著提升；新发细根14C值与大气CO2一致，证实植物当年光合产物直接用于新根合成。研究揭示了植物同时利用现季光合产物和长期储存碳维持细根生长的机制，为森林碳汇计量提供了新方法学依据。

　　森林生态系统在地球碳循环中扮演着至关重要的角色，作为天然的碳汇，它们在调节全球气候方面具有重要意义。然而，关于森林碳动态，尤其是细根（直径小于2毫米）的生产与周转过程，目前仍存在许多未知之处。细根是植物根系中最为活跃的组成部分，其在地下碳输入、循环以及土壤有机质（SOM）形成过程中发挥着关键作用。然而，由于地下过程难以直接观测，对细根动态的研究仍面临挑战。本文通过测量细根中的天然碳-14（¹⁴C）丰度，探讨了日本温带落叶阔叶林中细根碳的年龄，从而进一步揭示植物在碳分配过程中的复杂机制。

研究采用多种方法，包括根系采样、细根年龄测定以及使用埋入网袋捕捉新生成细根。通过分析细根的碳-14含量，研究人员发现细根的碳年龄与其直径大小和分支等级密切相关。在采样过程中，细根按照直径大小和活根/死根状态进行分类，并且通过埋入网袋方法获取新生成的细根。这一研究不仅揭示了细根碳的年龄分布，还探讨了其与植物碳分配和森林碳汇功能之间的关系。

研究结果显示，活根的碳平均年龄在5至23年之间，而死根的碳平均年龄则在1至34年之间。相比之下，新生成细根的碳-14信号表明其主要来源于当年的光合作用产物，碳的年龄接近零。这一发现暗示了植物在细根生长过程中可能同时利用当年光合固定的碳和长期储存的碳，以支持根系的持续生长。此外，某些细根可能具有较长的生命周期，其碳的年龄远高于新生成的细根。这种差异在不同直径大小和分支等级的细根中尤为明显，表明细根的动态过程存在显著的异质性。

研究还发现，细根的碳年龄随着直径的增加和分支等级的提升而上升。这可能是因为较大的细根具有更长的生命周期，或者它们更倾向于利用长期储存的碳资源。这种现象对于理解森林碳循环和碳汇功能具有重要意义，因为不同年龄的细根对碳的固定和释放过程产生不同的影响。例如，较老的细根可能在死亡后经历更缓慢的分解过程，从而延长其在土壤中的碳储存时间。

碳-14方法的优势在于它能够提供关于碳在植物体内停留时间的精确信息。大气中碳-14的浓度在20世纪60年代因核武器试验而显著上升，随后逐渐下降。这一变化为研究人员提供了一个时间参考，从而能够估算植物体内碳的年龄。然而，由于植物可能在细根生长过程中利用储存的碳，这种方法可能会高估细根的周转时间。此外，该方法在分析过程中更倾向于收集较大、分支较多的细根，这可能忽略了细根中更短暂的组成部分。

为了克服这些局限，研究者结合了碳-14方法与直接观测技术，如埋入网袋和迷你根镜（minirhizotrons），以更全面地评估细根的动态。这种方法不仅能够捕捉新生成细根的碳年龄，还能够区分不同生命周期的细根，从而更准确地反映森林碳分配的复杂性。例如，某些细根可能具有较长的寿命，而其他细根则可能在短时间内死亡并分解。这种异质性在碳循环模型中往往被忽视，导致对森林碳汇功能的估计存在偏差。

此外，研究还指出，细根的分解速率与其形态特征密切相关。例如，细根的直径大小和分支等级可能影响其在土壤中的分解速度。较大的细根可能因结构更复杂而分解更慢，而较小的细根可能因储存的碳较少而在死亡后更快分解。这种分解速率的差异对于准确评估细根在碳循环中的作用至关重要，因为分解过程决定了碳如何从植物根系转移到土壤有机质，进而影响整个森林生态系统的碳平衡。

研究结果强调了通过追踪细根的碳-14信号和根系生物量变化，来区分不同碳分配过程的重要性。这不仅有助于量化细根动态的异质性，还能够更准确地评估森林生态系统中碳的输入和输出。未来的研究应进一步结合多种方法，如碳-14分析、直接观测技术和模型模拟，以更全面地理解细根在碳循环中的作用。通过这些方法，科学家们可以更精确地评估森林碳汇的潜力，并为全球气候变化的缓解策略提供科学依据。