原名：Grazing exclusion increases soil organic C through microbial necromass of root-derived C as traced by 13C labelling photosynthate
譯名：通過(guò)13C標(biāo)記光合產(chǎn)物的追蹤，禁牧通過(guò)根源碳的微生物殘?bào)w增加了土壤有機(jī)碳
期刊：Biology and Fertility of Soils
IF：6.5/Q1
發(fā)表日期：5 March 2024
第一作者：瞿晴
背景：草原儲(chǔ)存了大量的碳，然而，禁牧后土壤碳固存的潛在機(jī)制尚不清楚。本研究旨在闡明溫帶草原在長(zhǎng)期禁牧后（~40年) ，植物和微生物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)碳（SOC）貢獻(xiàn)的驅(qū)動(dòng)因素。
方法：現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了13C-CO2原位標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合生物標(biāo)記物追蹤植物-土壤系統(tǒng)中的13C，以評(píng)估植物對(duì)土壤的碳輸入。
結(jié)果：長(zhǎng)期禁牧提高了植物和土壤碳庫(kù)包括地上生物量、地下生物量、微生物生物量和殘?bào)w；且禁牧草地新輸入光合碳在植物和土壤系統(tǒng)中的分配量高于放牧草地，但在土壤CO2中的分配量低于放牧草地。新輸入的光合碳在土壤和微生物量中的分配量與根系中光合碳的分配量呈正相關(guān)關(guān)系。與放牧相比，禁牧提高了草地土壤有機(jī)碳含量約2倍，但木質(zhì)素酚對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)甚微（0.8%），而真菌殘?bào)w碳的積累是導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量增加的主要因素。
結(jié)論：受礦物顆粒保護(hù)的微生物殘?bào)w碳是導(dǎo)致禁牧草地土壤有機(jī)碳含量高于放牧草地的主要因素。總之，禁牧不僅增加了地上生物量，也增加根系生物量和根際沉積，導(dǎo)致微生物生物量和殘?bào)w的形成，在礦物基質(zhì)的保護(hù)作用在土壤中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在。禁牧條件下，微生物殘?bào)w特別是真菌殘?bào)w對(duì)SOC的積累貢獻(xiàn)大于木質(zhì)素酚。
圖1 放牧和禁牧樣地地植物-土壤-微生物系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量。(a)地上部分碳庫(kù)；(b)根碳庫(kù)；(c)土壤有機(jī)碳庫(kù)（0?25cm）和(d)微生物生物量碳（MBC）。
圖2 所有采集日期下，在放牧和禁牧草地上進(jìn)行脈沖追蹤試驗(yàn)的植物和土壤系統(tǒng)中13C標(biāo)記圖。(a)地上部分的13C標(biāo)記；(b)根中的13C標(biāo)記；(c) 13C標(biāo)記土壤(d)土壤中13C標(biāo)記的CO2放。
圖3 放牧和禁牧草地根系中13C標(biāo)記的回歸方程。(a)土壤13C標(biāo)記和(b)微生物生物量C
圖4 放牧和禁牧草地中木質(zhì)素酚和微生物殘?bào)w碳的特征。(a)木質(zhì)素酚的含量；(b)微生物殘?bào)w碳的含量；(c)香草酸與香蘭素的比值(Ad:Al)V，丁香酸與丁香醛的比值(Ad:Al)S，細(xì)菌殘?bào)w碳與真菌殘?bào)w碳的比值（B/F）。
圖5 放牧和禁牧草地的微生物群落組成。(a)放牧和禁牧草地中不同微生物類(lèi)群的百分比；(b)放牧和禁牧草地中細(xì)菌與真菌的比率。微生物類(lèi)群的分布是根據(jù)磷脂脂肪酸的數(shù)據(jù)。
圖6 植物和微生物殘?bào)w對(duì)有機(jī)碳形成的貢獻(xiàn)概念模型（MAOC：礦物結(jié)合有機(jī)碳；POC：顆粒有機(jī)碳；LP：木質(zhì)素酚；FNC：真菌殘?bào)w碳；BNC：細(xì)菌殘?bào)w碳；紅色箭頭和虛線：標(biāo)記的光合13C從大氣到植物-土壤系統(tǒng)的流動(dòng)；黑色箭頭：死莖和根凋落物從植物到土壤的流動(dòng)）
更多的凋落物輸入和光合碳輸入到土壤有助于微生物生物量的增加，進(jìn)而增加殘?bào)w碳。與放牧草地相比，長(zhǎng)期禁牧增加了土壤有機(jī)碳含量，但未增加微生物殘?bào)w碳對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)比例。
長(zhǎng)期禁牧增加了地上部和根系生物量、總有機(jī)碳和有機(jī)碳庫(kù)、微生物生物量和殘?bào)w含量。放牧草地中木質(zhì)素酚的含量高于禁牧草地是由于植物碳輸入后更高的氧化分解。與放牧草地相比，禁牧草地在地下具有較高的光合產(chǎn)物分配能力，微生物殘?bào)w對(duì)有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)大于木質(zhì)素酚，微生物殘?bào)w的積累受根沉積物、pH值、水分、礦物保護(hù)和底物質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期禁牧后土壤有機(jī)碳的增加主要是由于真菌殘?bào)w的積累，這些結(jié)果有助于更好地預(yù)測(cè)草地管理措施介導(dǎo)的長(zhǎng)期有機(jī)碳動(dòng)態(tài)。