《SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY》：Root tissue chemistry influences the formation and composition of new mineral-associated organic matter
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植物残体化学组分对土壤有机质分化的影响研究。七种不同植物根系残体在两种土壤（Maury silt loam和Tifton sandy loam）中培养六个月，发现高含量 GUIacyl/Syringyl 木质素亚单位减少土壤呼吸和轻/重颗粒有机质转化，高栓质含量增加轻颗粒有机质保留但无重颗粒影响，而高 P-羟苯基木质素促进矿质结合有机质形成。研究揭示木质素组成直接影响碳稳定性，微生物分解作用对高质残体碳稳定起关键作用。
Brian Rinehart | Joe P. Noel | Justin Allen | Joeri Kaal | Dave McNear | Hanna Poffenbarger
肯塔基大学植物与土壤科学系农业生态系统养分循环实验室，美国肯塔基州列克星敦Veterans Dr #105，邮编40546
摘要
人们对通过植物输入来管理土壤有机质的兴趣日益增加，但植物残体化学成分在有机质循环中的作用仍存在争议。虽然根系是重要的碳输入来源，但关于根系残体化学成分如何影响不同类型土壤中有机质的形成和组成的研究结果并不一致。我们将7种具有不同化学成分的植物根系在两种质地和pH值不同的土壤中培养了6个月，定期测量土壤呼吸作用，并利用碳-13自然丰度追踪根系碳向土壤有机质组分中的转移情况。在两种土壤中，含有高量邻甲酰基和丁香基木质素单元的根系残体表现出较低的呼吸作用，以及较少的根系碳转化为重质颗粒有机质（POM）和矿物相关有机质（MAOM）。高含量的木栓素会降低呼吸作用并增加根系碳在轻质POM中的回收率，但对其向重质POM或MAOM的转移没有影响。另一方面，对羟基苯基木质素单元则对根系碳向MAOM的转化有促进作用，但对呼吸作用或根系碳在POM中的回收率影响有限。尽管在质地较粗、pH值较低的土壤中根系残体中的碳总量较少，但这些处理对两种土壤中根系残体衍生的MAOM的影响相似。我们还发现了MAOM的化学变化证据，木质素亚单元的比例趋向于根系残体本身的比例。我们的结果表明，除了总木质素含量外，木质素的组成似乎也影响着分解过程。结果还支持了高质量根系残体经微生物处理后有助于稳定MAOM中碳的观点。然而，研究表明，无论可降解性如何，根系都会在MAOM中留下化学印记，尤其是通过其木质素组成，这表明不能忽视植物碳对MAOM的直接贡献。
部分内容摘录
引言
保护和增加管理土地中的土壤有机质（SOM）储量对于维持关键土壤功能及减少土壤温室气体排放至关重要（Paustian等人，2019；Weil & Magdoff，2004）。人类不仅可以通过调整植物群落以增加土壤中的碳输入来管理土壤碳（C）储量，还可以选择有利于SOM积累和/或稳定的植物性状（De Deyn等人，2008；Poirier等人，2018）。虽然植物组织成分可以……
土壤
用于本次实验的两种土壤因其质地差异和适中的δ13C值而被选中，这有助于检测来自C3和C4植物残体的碳。Maury粉壤是一种细粒、混合质、活性强的典型Paleudalf土壤类型；Tifton沙壤则是一种细粒壤土，属于高岭石质、热性Plinthic Kandiudult土壤类型（土壤调查人员，2024年）。Maury粉壤取自肯塔基大学Spindletop研究农场自1986年以来持续种植玉米的田块……培养前土壤和根系残体特征
初步分析显示，两种培养前的土壤存在若干差异（表2）。从质地上看，Maury土壤含有更多细颗粒，其中粉粒占比70%，粘粒占比17.6%；而Tifton土壤则以沙粒为主，粉粒占比16.8%，粘粒占比8.1%。Maury土壤的pH值为7.18，高于Tifton土壤的5.45。Maury土壤的阳离子交换能力是Tifton土壤的两倍，碱饱和度则是Tifton土壤的三倍。两种土壤的总有机碳含量相似……
根系残体组成对分解和碳分配的影响
我们的第一个假设是，含有较高比例复杂大分子成分（如木质素和木栓素）的根系残体在培养过程中分解程度较低，最终在MAOM中的碳含量也较少。我们使用累积呼吸量和lPOM中的IAC百分比作为分解程度的指标。由于在培养初期lPOM主要由未分解的根系残体组成，因此碳从lPOM中的转移可以反映分解情况……
结论
我们旨在研究根系残体化学成分如何影响碳在稳定性不同的土壤有机质组分中的分配，以及这种影响在不同土壤间的差异。研究发现，G型和S型木质素亚单元及木栓素会抑制呼吸作用和添加根系残体的分解。在两种土壤中，G型和S型木质素还减少了根系碳向MAOM的转移。H型木质素与MAOM的形成呈正相关，这表明不能仅以总木质素含量来衡量分解过程。
CRediT作者贡献声明
Justin Allen：撰写、审稿与编辑、资源准备、方法学设计、概念构思。
Joeri Kaal：撰写、审稿与编辑、研究实施。
Brian Rinehart：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、数据分析、概念构思。
Joseph P. Noel：撰写、审稿与编辑、资源协调、资金争取、概念构思。
Hanna Poffenbarger：撰写、审稿与编辑、方法学设计、资金争取。
未引用参考文献
Bento等人，1998；Posit团队，2024；Pouwels等人，1989；Ralph和Hatfield，1991；Tsuge和Matsubara，1985。
资金支持
本研究得到了Salk生物研究所和美国农业部NIFA（项目编号2019-67019-29401）的资助。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Hanna Poffenbarger表示获得了美国国家食品与农业局的财务支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢Salk研究所的Ashish Rajurkar、Shrikaar Kambhampati、Bryan Miles和Wolfgang Busch在项目开发及完成过程中的宝贵贡献。同时，也感谢Salk研究所Encinitas温室团队的Dawn Reynolds、Avery Talgo、Eli Moore和Shane Hunt在材料培养与处理方面的协助，以及托莱多大学的Mike Weintraub、Donnie Day和Imtiaz Miah在研究中的支持。
