寇亮研究組在Nature Geoscience發表關于北半球森林最細根對土壤碳累積長期貢獻的最新成果
森林土壤碳庫是最大的陸地碳庫，其形成主要源于死亡植物組織的輸入以及后續土壤生物的轉化。現有研究多聚焦于土壤微生物對高度穩定性碳(如礦物結合態有機碳)的貢獻。然而，最新證據表明，中等穩定碳組分，主要來源于死亡植物組織，包括顆粒態有機碳和緩慢分解的根葉凋落物，驅動了全球有機碳庫的增長，在森林土壤碳固存中同樣發揮著重要作用。中等穩定碳組分在土壤中駐留時間可達幾十年，并且可能成為高度穩定碳組分的前體，其累積速率和總量取決于植物源碳輸入和輸出的長期動態過程，然而迄今尚缺乏有關此過程的深入研究。
自20世紀80年代以來，細根在生態系統碳循環中的關鍵作用已被逐漸認識，研究普遍認為其對土壤中等穩定碳庫的貢獻甚至可能超過葉片。盡管該論斷已提出四十余年，但由于缺乏從整體視角系統探究植物快速周轉器官(如細根和葉片)的生長、周轉及分解過程(Kou et al.,2018,New Phytologist)，吸收根(末端1-3級或直徑小于0.5 mm的最細根)對土壤碳累積的貢獻至今仍未被量化。同時，吸收根與葉片在土壤碳庫形成中的相對重要性，也是一個懸而未決的關鍵科學問題。
本研究基于北半球328個森林樣點的880條吸收根生物量、周轉和分解過程，首次同步構建北半球三個根系過程數據庫，發現木本植物每年向土壤輸入約0.66 PgC用于吸收根的構建和維持，同時每年通過吸收根凋落物分解釋放約0.11 PgC，凈年累積量可達0.55 PgC。基于根系迭代效應理論框架及其量化方法(Kou et al.,2025,Trends in Plant Science)，我們進一步評估根葉迭代效應對土壤碳庫的長期影響。結果表明，在二十年時間尺度上，吸收根迭代效應對土壤中等穩定碳累積的貢獻達到2.4 ± 0.1 MgC ha-1，比葉片高出65%(圖1)。這一結果證實，盡管吸收根凋落物生產力(41.5 ± 2.1 gC m-2)低于葉片凋落物(154.9 ± 0.6 gC m-2)，但由于更慢的分解速率，吸收根對森林土壤碳的長期累積具有不成比例的重要貢獻。
此外，針對不同菌根類型的木本植物，我們分別量化了其吸收根迭代效應，結果顯示，在二十年尺度上，叢枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)植物吸收根的迭代效應對土壤中等穩定碳庫的貢獻，較外生菌根(ectomycorrhizal,EcM)植物高43%(圖二)。這一差異主要歸因于AM植物具有更大的吸收根生物量和更快的周轉速率。長期以來，以分解速率為導向的研究認為，凋落物分解較慢的EcM森林通常具有更高的土壤碳儲量。然而，我們基于吸收根迭代效應的新證據，挑戰了這一傳統觀點。
當前，根系動態過程研究在方法上存在明顯局限，同時其內在機理復雜、觀測周期漫長，導致現有土壤碳過程模型難以準確刻畫根系過程，尤其是根系迭代效應。針對這一挑戰，本研究進一步建立了根經濟空間中四個核心性狀與完整根系動態過程之間的關聯，發現比根長(SRL)與吸收根生物量、周轉速率及分解速率均呈顯著相關，是預測吸收根迭代效應最具潛力的性狀指標。該指標的提出，不僅有助于改進森林土壤碳模型的構建，也為全球碳模型提供了易于獲取且適用于長期模擬的地下參數。
研究成果近期在線發表于Nature Geoscience，第一作者為中國科學院地理科學與資源研究所博士生馬寧和李勝功研究員，通訊作者為寇亮研究員。合作者包括法國國家科研中心Grégoire T. Freschet、美國莫頓植物園M. Luke McCormack、法國原子能署氣候與環境實驗室資深Philippe Ciais研究員、明尼蘇達大學Peter B. Reich院士、瑞士聯邦研究所Arthur Gessler研究員、東北林業大學谷加存教授、地理資源所王輝民、牛書麗、黃元元、付曉莉研究員等。該研究得到了科技部重點研發項目、國家自然科學基金等項目資助和支持。
該成果也是研究組前期理論研究的進一步深化(Kou et al.,2025 Trends in Plant Science;Kou et al.,2018 New Phytologist)。
?
論文信息：
Ma Ning#,Li Shenggong#,M Luke McCormack,Grégoire T Freschet,Philippe Ciais,Wang Huimin,Niu Shuli,Peter B Reich,Zhang Miaomiao,Zhao Rongtian,Zhao Bo,Gao Decai,Arthur Gessler,Huang Yuanyuan,Gu Jiacun,Fu Xiaoli,Dai Xiaoqin,Meng Shengwang,Zheng Jiajia,Yang Fengting,Kou Liang*. 2025. Substantial forest soil carbon accrual from absorptive fine roots over decadal timescales. Nature Geoscience,doi: 10.1038/s41561-025-01790-5.?論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41561-025-01790-5
Kou Liang#*,Ma Ning#,Grégoire T. Freschet,M.?Luke McCormack,Shenggong Li. 2025.?Iterative effects: a new paradigm for root dynamics. Trends in Plant Science?30: 941–952,doi: 10.1016/j.tplants.2025.05.018. 論文鏈接：https://www.cell.com/trends/plant-science/fulltext/S1360-1385(25)00163-3.
Kou Liang*,Jiang Lei,Fu Xiaoli,Dai Xiaoqin,Wang Huimin,Li Shenggong*. 2018. Nitrogen deposition increases root production and turnover but slows root decomposition in Pinus elliottii?plantations. New Phytologist?218: 1450-1461,doi: 10.1111/nph.15066.論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.15066.
圖1 北半球森林吸收根動態過程及其迭代效應對土壤碳累積的貢獻
圖2 AM和EcM木本植物吸收根動態過程及其迭代效應對土壤碳累積的影響
附件下載：
在線留言
聯系我們
所長信箱