转自：生态系统生态学
近日，南京农业大学生态系统生态学团队在生态领域著名期刊《Global Change Biology》发表了题为“Resolving the intricate effects of multiple global change factors on root litter decomposition”的研究论文。该研究结合野外长期控制试验和室内培养试验，全面解析了全球变化多因子对细根凋落物分解的综合影响和不同作用途径的相对贡献。
植物凋落物分解过程每年向大气排放500-750亿吨碳 (C) - 约为全球每年C排放的5-8倍。在全球尺度，植物根系占植被总生物量的24％；在高寒草甸生态系统，根系生物量占比达82％。然而，根系凋落物分解及其主要控制因素仍然存在相当大的不确定性。经典“分解三角”模型认为，气候因子、凋落物性质、分解者群落及其活性是分解的主要控制因素，且气候因素发挥主导作用。然而，在当前全球变化的背景下，经典“分解三角”模型对于根系分解的适用性及不同控制因素的相对贡献，仍有待验证 (图1a)。 ![]()
图1a. 凋落物“分解三角”经典模型在多因子全球变化背景下的当代范式。全球变化因子 (GCF) 主要通过2种途径影响细根分解：(1) 通过改变根系可分解性（包括根系化学、形态学和菌根关联性状）形成的凋落物介导途径；(2) 通过改变根系分解环境（包括土壤环境条件和微生物属性）形成的土壤介导途径 (图1b)。此外，不同的GCF往往同时发生，当单个GCF的影响是多方面的且多个GCF存在交互作用时，如果不考虑多种介导途径或多种GCF潜在的抵消效应或增强效应，可能会导致误导性结论。尽管许多研究已经检验了单个介导途径或单个GCF的影响，但涉及多种影响途径的多因子全球变化对细根分解的综合影响尚不明确。![]()
图1b. 将全球变化因子对细根分解的复杂影响区分为凋落物可分解性影响和分解环境影响的研究框架。基于一项多因子全球变化长期控制试验，研究人员发现，变暖和氮富集使原位细根分解 (实际分解) 提高了10%以上，且两因子共同作用时产生了叠加效应，使分解速率上升23%。相反，降水减少对分解产生了抑制作用，导致分解速率整体降低了12%。仅考虑根系分解环境或根系凋落物性状单一影响途径，降水减少对实际分解的抑制作用将被低估38%，而变暖和氮富集的促进作用将被高估73% (图3)。 ![]()
图3. 全球变化对根系分解的净效应（a、d、g）、凋落物介导效应（b、e、h）和土壤介导效应（c、f、i）。研究进一步揭示，尽管根系凋落物性状和土壤微生物功能属性均与原位细根分解 (实际分解) 显著相关，但偏相关分析、方差分解分析和结构方程模型的结果一致表明，全球变化因子通过改变根系凋落物质量而对细根分解产生的效应发挥主导作用 (图4, 5, 6)。即使在控制了土壤环境和微生物属性的变化之后，这一结论仍然成立。本研究强调了全球变化条件下根系凋落物性质在控制根系分解中的主导地位，不同于传统模型中“气候因素”占主导地位的观点 。 ![]()
图4. 细根性状/凋落物性质与土壤和微生物属性与根系分解之间的偏相关分析。![]()
图5. 全球变化下凋落物质量、土壤条件和微生物特性对细根分解的相对重要性。
综上所述，该研究强调了全球变化因子对细根凋落物分解的净效应是由凋落物可分解性和分解环境之间的相互作用，以及全球变化因子之间的协同或拮抗关系所共同决定的。因此，在研究全球变化背景下生态系统 C 和养分循环时，应综合考虑全球变化因子对根系性状、土壤环境及微生物功能属性的遗留效应，以更全面地理解生态系统在未来全球变化情景下的响应和适应。![]()
图6. 结构方程模型阐明了全球变化因素通过直接和间接途径对细根凋落物碳释放的影响。
以上研究成果于与2024年10月28日发表于《Global Change Biology》，南京农业大学生态系统生态学团队赵庆洲为论文第一作者，北卡州立大学胡水金教授为第一通讯作者，南京农业大学王鹏副研究员为共同通讯作者。法国国家科学研究中心Grégoire Freschet 博士、瑞士苏黎世联邦理工学院Thomas Crowther教授、兰州大学马妙君教授、英国曼彻斯特大学David Johnson教授共同参与指导了该项工作。本研究得到国家自然科学基金、瑞士国家科学基金的共同资助。 https://doi.org/10.1111/gcb.17547
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