Functional Ecology | 根分解中主场优势“遇见”激发效应

学术   2024-11-11 08:01   江苏  

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主场优势(HFA)表明:微生物在分解来自当地植物群落的凋落物方面具有专一化,因此导致凋落物在其“主场”比在“客场”土壤中分解得更快。尽管根系在碳和养分循环中扮演着重要角色,但以往HFA效应的研究多基于地上叶片凋落物,而较少关注根系凋落物。此外,根系分泌物和新近死亡根系等根源碳的输入会刺激微生物分解者活性, 从而有利于老的根系凋落物分解,即激发效应(Priming effect)。然而,新鲜根源碳输入如何影响不同化学组成根系(难分解吸收根vs易分解运输根)分解的HFA模式仍不清楚。
为此,我们提出了根分解“HFA-Priming”复杂互作模式概念框架(图1),并设计了一个两阶段(内源碳消耗与外源碳激发)的互惠移植微宇宙实验,来探究HFA对两个亚热带树种(湿地松和杉木)吸收根和运输根分解的影响,以及根分解HFA对不稳定碳(葡萄糖)或顽固碳(新输入的吸收根)添加的响应。
我们发现:低质量吸收根的分解呈现中性HFA效应,而高质量运输根的分解呈现正向HFA效应。吸收根分解没有出现正向HFA效应,可能是由于吸收根较强的化学防御(如缩合单宁)带来的遗留效应。添加葡萄糖后,吸收根的HFA效应由中性效应变为负效应,这主要与碳输入后主场和客场土壤中真菌群落的不相似性程度有关。葡萄糖和新吸收根的输入均没有改变运输根分解的正向HFA模式,表明运输根在远离其起源地时分解会变慢,其对土壤碳累积的贡献可能更强。综上,我们的研究表明:HFA对根分解的影响取决于根系类型,同时根源碳输入引起的激发效应也会调控根分解的HFA格局。这些发现强调:地下碳动态范式中应明确考虑根分解中“HFA-Priming”的复杂互作。

图1 根系分解主场优势和激发效应复杂互作概念图

情景(I):为了从新脱落的根中获取碳,特定的微生物产生胞外酶,这些酶也能同时分解老根凋落物(直接共代谢假说);情景(II):根分泌物首先刺激开拓性r 策略微生物的生长,而后专性的 K 策略微生物可以通过提高酶活性来利用r策略微生物的残体,导致老根凋落物的间接共代谢分解(间接共代谢假说)。共代谢类型也取决于根凋落物(吸收根/运输根)和土壤类型。

图2 三种处理下湿地松(Piel)和杉木(Cula)吸收根(ARs)和运输根(TRs)分解的主场优势指数(HFAI)和平均主场优势(MHFA)。CK, 对照; +Glu, 加葡萄糖; +ARs, 加新鲜吸收根
研究成果以“Home-field advantage meets priming effect in root decomposition: Implications for belowground carbon dynamics”为题,在线发表于生态学领域权威期刊《Functional Ecology》,IF=6.28。中科院地理资源所郑甲佳博士为第一作者,寇亮研究员和李胜功研究员为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金重点、优青、面上项目的资助和支持。

原文链接 ↓

https://doi.org/10.1111/1365-2435.14251
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