在我們生活的地球上，隨處可見的土壤是一種寶貴的資源，更是我們?nèi)祟愒诘厍蛏仙嫔畹幕A(chǔ)，它關(guān)乎著物質(zhì)生產(chǎn)和環(huán)境等。然而，土壤的形成是一個(gè)復(fù)雜的、漫長的過程，也會(huì)受到植物生長的影響。

土壤支撐著植物的生長，為植物提供營養(yǎng)物質(zhì)等。植物一方面通過根系從土壤中獲得自身生長所需要的養(yǎng)分、水分等物質(zhì)，另一方面植物通過根系將光合作用形成的一部分光合產(chǎn)物以根系分泌物或死亡根系的形式釋放到土壤中，這些物質(zhì)儲(chǔ)存在根系周圍的土壤中，就形成了性質(zhì)比較特殊的根際土壤(圖1)。

圖1樹木根系與土壤示意圖(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

根際土壤嚴(yán)格地說是受到根系分泌物或死亡根系影響的那部分土壤。根系分泌物或死亡根系能夠影響的范圍比較有限，認(rèn)為通常不超過根系周圍2mm。所以，根際土壤的范圍很窄，很難直接從根系周圍采集根際土壤樣品，通常是將植物根系拔起，抖掉根系周圍松散的土壤，剩下的附著在根系上的土壤就認(rèn)為是根際土壤(圖2)。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，根際土壤占全部土壤的體積一般不超過5%。

圖2采集的亞熱帶地區(qū)森林根際土壤

雖然根際土壤所占的體積比較小，但是由于植物根系不斷地分泌著各種代謝產(chǎn)物，以及根表組織不續(xù)地死亡和脫落，使得根際土壤的營養(yǎng)物質(zhì)和微生物比較豐富，并且其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)與非根際土壤存在非常大的差別。在全球尺度上根際土壤釋放出來的二氧化碳可以占到全部土壤的50%左右。因此，研究根際土壤二氧化碳的釋放過程對于預(yù)測土壤碳循環(huán)對氣候變化的響應(yīng)有重要意義。

近期，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所人工林生態(tài)組，依托湖南會(huì)同森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站的杉木人工林長期定位觀測樣地，采集杉木及其3種主要林下植被的根際土壤與非根際土壤，研究了根際和非根際土壤的二氧化碳釋放對氣候變暖的響應(yīng)(通常用Q10來表示，也就是溫度變化10℃時(shí)土壤二氧化碳釋放速率的變化)，以揭示根際土壤二氧化碳的釋放過程及其調(diào)控機(jī)理。

研究發(fā)現(xiàn)，杉木及其林下蕨類根際土壤釋放二氧化碳的Q10均高于其非根際土壤，也就是表現(xiàn)為正根際效應(yīng)(圖3)，并且金星蕨土壤釋放二氧化碳的Q10的根際效應(yīng)高于杉木;土壤氮組分的根際效應(yīng)和根際土壤微生物生物量是影響土壤釋放二氧化碳的Q10根際效應(yīng)的主要因子，其中，氮組分的根際效應(yīng)對土壤釋放二氧化碳的Q10的根際效應(yīng)產(chǎn)生正的直接作用(圖4)。

圖3杉木和林下蕨類植物根際和非根際土壤釋放二氧化碳對氣候變暖的響應(yīng)

圖4土壤釋放二氧化碳的Q10根際效應(yīng)的影響因子

這項(xiàng)研究成果揭示根際土壤二氧化碳釋放對氣候變暖更敏感，強(qiáng)調(diào)在以后利用模型預(yù)測土壤有機(jī)碳循環(huán)對氣候反饋的研究中應(yīng)考慮根際土壤與非根際土壤之間的差別。

研究成果以Cunninghamialanceolataandunderstoryfernshadpositiverhizosphereeffectsonthetemperaturesensitivityofsoilmicrobialrespirationinasubtropicalforest為題，近期發(fā)表在土壤學(xué)學(xué)術(shù)期刊Geoderma上。