植物凋落物性状调控根际-凋落物圈互作对土壤碳稳定的影响机制

本研究针对植物凋落物质量如何通过根际-凋落物圈互作调控土壤有机碳（SOC）稳定这一关键科学问题，通过田间实验比较6种不同质量凋落物输入下根际与凋落物圈的微生物代谢差异。研究发现低质量（高C:N比）凋落物通过增强根际微生物活性，促进矿物结合态有机碳（MAOC）形成，使根际MAOC含量较凋落物圈提升17%，揭示了根际效应通过微生物效率调控碳稳定的新机制，为土壤碳库管理提供理论依据。

　　

土壤是地球上最大的陆地碳库，其有机碳动态直接影响全球气候变化。然而，关于植物凋落物如何通过不同分解途径（根际与凋落物圈）影响土壤碳稳定的机制仍存在争议。传统观点认为，高质量凋落物（低C:N比）更易形成稳定碳，但最新研究发现根际微生物对低质量凋落物的响应可能颠覆这一认知。这一矛盾的核心在于忽视了根际这一"微生物反应器"的特殊性——活根与凋落物输入的交互作用可能通过改变微生物代谢效率，重新定义碳分配格局。

为解决这一难题，中国土壤生态实验室联合俄罗斯RUDN大学的研究团队在江苏如东农业生态实验站开展田间实验，选取6种不同质量凋落物（C:N比从20到80），通过对比根际与凋落物圈的碳组分变化，揭示了凋落物性状调控根际效应的新机制。研究发现，低质量凋落物会触发"微生物救援"策略：植物通过增加根际微生物活性（生物量提升38%）来补偿养分不足，这种高代谢状态促使微生物残体更多转化为矿物结合态有机碳（MAOC），使根际MAOC占比比凋落物圈提高13%。相反，高质量凋落物输入时，根际效应消失，碳分配回归传统模式。该成果发表于《Soil Biology and Biochemistry》，为预测全球变化下土壤碳循环响应提供了新视角。

关键技术方法包括：1）田间控制实验设计，设置6种凋落物处理（C:N梯度20-80）与无凋落物对照；2）物理-化学联用法分离POC（>53μm）和MAOC（<53μm）；3）微生物生物量碳（MBC）测定采用氯仿熏蒸提取法；4）酶活性检测（β-葡萄糖苷酶等水解酶）；5）稳定同位素示踪技术追踪碳流向。

【SOC含量和组分在凋落物圈与根际的差异】
实验数据显示，凋落物输入使根际SOC含量增幅（15.4%）显著高于凋落物圈（9.5%）。低质量凋落物处理下，根际POC含量比凋落物圈降低21%，但MAOC反增17%，形成鲜明对比。酶活性分析表明，根际β-葡萄糖苷酶活性与MAOC含量呈显著正相关（R²=0.72），证实微生物代谢驱动MAOC形成。

【讨论】
该研究突破性地将"资源经济谱"理论拓展至根际微域：低质量凋落物迫使植物启动"微生物外包"策略，通过根分泌物激发共代谢，使微生物残体成为MAOC主要前体。这一发现调和了"微生物效率-基质稳定"假说的矛盾——在根际微环境中，低质量基质反而通过高微生物周转率促进稳定碳形成。

【结论】
研究证实根际-凋落物圈互作是土壤碳稳定的关键调控枢纽，其作用方向取决于凋落物性状。低C:N比凋落物通过强化根际微生物"加工厂"功能，将不稳定碳转化为MAOC，这种生物地球化学"精炼"过程使根际成为稳定碳形成的热点区域。该机制为农业管理（如间作高C:N比作物）和生态恢复（筛选凋落物性状）提供了精准调控靶点。