根际激发效应——植物与微生物之间物质"权衡"的结果?

More and more evidence has suggested that priming effects can improve our understanding of the dynamics and stability of soil organic carbon, emphasizing the importance to develop the theory of soil organic carbon turnover. Rhizosphere is the most important location for the occurrence of priming effects. Numerous studies have suggested that the trade-offs between plants and microorganims lead to rhizosphere priming effects. However, so far few studies have quantified these trade-offs between them.In this study,a triple isotope labeling approach (13C,14C and 15N)will be used to explore gross nitrogen mineralization and gross nitrification,nitrogen uptake by plants and the exudates used by soil microorganisms.Three plant species (i.e. Zea mays,Glycine max and Brassica napus) will be used for these investigations.With these data, we quantify the trade-offs between plants and microorganisms for carbon and nitrogen to clarify the mechanisms responsible for rhizosphere priming effects and their ecological relevance.This will provide an important basis for new generation of ecological models which can integrate microbial processes.

越来越多的证据显示"激发效应"在深入理解土壤有机碳动态和稳定性方面起着重要作用，强调了进一步发展土壤有机质周转理论的重要性。根际是激发效应发生的最重要的部位，很多研究认为根际激发效应的产生是根际微生物与植物进行物质"权衡"的结果。然而，迄今为止尚未有研究量化植物与微生物之间的这种物质权衡关系。本项目拟采用15N、13C与14C三标记技术，以玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)和油菜(Brassica napus)三种植物为研究对象，通过测定土壤总氮矿化与总硝化作用、植物对矿质氮的获取及根际微生物对根系分泌物的利用，分析根际碳氮通量，量化根际激发效应发生过程中植物与微生物在碳和氮上的"权衡"程度，阐明根际激发效应的发生与维持机制及其生态学意义，为新一代整合土壤微生物作用的生态过程模型提供理论基础和数据支撑。

本项目采用15N、13C与14C三标记技术，通过测定土壤总氮矿化、植物对矿质氮的获取及根际微生物对根系分泌物的利用，解析了根际激发效应发生过程中植物与微生物在碳和氮上的“权衡”程度。获取如下结果：1）初步发现非生物因素和生物因素对根际激发效应的贡献率分别为10-30%和70-90%。2）借助于遮荫和刈割处理原位条件下证实高寒草甸植物向地下碳输入、根际微生物氮矿化及植物氮获取之间存在权衡关系，该权衡关系受放牧活动的影响。3）利用15N示踪技术初步揭示了植物根际相互作用的复杂性，指出根系相互作用所诱导的根际激发效应可能强烈依赖于植物种内和种间的作用强度及与根际微生物的互作关系。4）发现豆科功能群植物和禾本科功能群植物能通过改变根际过程来调控土壤铵态氮和硝态氮的浓度及其比例，从而调整它们对氮素利用。5）结合当前有关土壤碳循环的研究热点与前沿，指出区分陆地生态系统土壤呼吸各组分的必要性与生态重要性，认为深入研究根际激发效应发生机制是破译生态系统地下碳循环过程的关键。