激发效应在土壤碳氮转化过程中的作用机理及其生态重要性

在过去10年中，土壤有机质以恒定速率分解及仅依赖于非生物因素的传统观点越来越受到激发效应（priming effect）概念的挑战。许多研究已经表明土壤有机质周转的强度在根际（Rhizosphere）和碎屑周际（Detritusphere）微生物活性热点区域要远高于非热点区域。然而，目前我们对激发效应在土壤碳氮转化过程中的作用机理及其生态重要性依然缺乏足够的理解。本项目利用同位素双标记技术和生物标记物- - 磷脂脂肪酸分析技术，通过野外和室内可控条件下的栽培和不栽培植物的系列实验，研究不同微生物类群和土壤酶对激发效应的贡献，区分明显激发效应和实际激发效应，探明激发效应发生的强度与方向的控制因素，明确根际和碎屑周际激发效应发生机制的区别，进而揭示激发效应在土壤碳氮转化过程中的作用机制及其生态重要性，为为新一代整合土壤微生物作用的过程模型的研制提供重要的参数。

借助于稳定性同位素技术，本项目研究了激发效应在土壤碳氮转化过程中的作用及其生态重要性。获取的结果如下：1）根际是土壤激发效应发生的最重要的部位，根际激发效应的发生取决于土壤氮的可利用性。在氮受限的环境中，通常发生根际激发效应，而在氮富集的条件下，通常会产生负的根际激发效应。2）单次添加方式会高估激发效应对原有土壤有机质的分解，尽管可利用性碳输入促进土壤原有有机质的分解，但是残留在土壤中的可利用性碳补偿了因“激发效应”损失的有机碳，这种补偿方式以连续添加方式最高，单次添加方式最低。3）尽管植物根系与微生物之间对氮素存在强烈的竞争，但它们在时间上存在生态位分化，使植物和土壤微生物间发展了互惠关系，推动了根系和微生物之间协同进化，因此植物和根际微生物间的“交易”可能是根际激发效应产生的重要原因。