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基于文献计量的根际激发效应研究进展与趋势

土壤通报 2024年第3期55卷 876-885页

作者：姚忠凯刘丹阴黎明淳心林俊杰重庆三峡学院重庆市三峡库区水质演变与污染防治重点实验室重庆万州404100 重庆三峡职业学院农林科技学院重庆万州404000 中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁沈阳110016

为了解根际激发效应(RPE)的研究进展和趋势,以Web of Science核心合集数据库中216篇RPE的研究论文为数据源,通过CiteSpace、VOS viewer对发文数量、平均/总被引频次及国家、机构、作者等进行了分析。结果表明:RPE研究大致可分为三个阶段... 详细信息

为了解根际激发效应(RPE)的研究进展和趋势,以Web of Science核心合集数据库中216篇RPE的研究论文为数据源,通过CiteSpace、VOS viewer对发文数量、平均/总被引频次及国家、机构、作者等进行了分析。结果表明:RPE研究大致可分为三个阶段:初始期(1984~1995年)、稳定发展期(1996~2014年)和快速增长期(2015~2022年)。美国总发文第一且中介中心性最高,国际影响力最大;中国在2018年后年均发文攀升至第一,在国际影响力方面次于德国,排在第三位。国际上主要以Cheng W、Kuzyakov Y为代表的核心作者群;就研究机构而言,中国科学院发文数量最多。研究热点主要集中在RPE的量化方法、影响因素及调控机制,且大多是采用植物幼苗和在室内盆栽条件下完成的。因此,亟需将室内研究拓展至野外原位条件,综合考虑全球气候变化的影响,改进CO_(2)同位素示踪技术和捕获方法,加强成年树种RPE的种间差异变幅研究,优化Earth-System模型参数,进而准确估算陆地生态系统碳循环对气候变化的响应。

关键词：根际激发效应文献计量土壤有机碳碳循环

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干旱下植物根系分泌物及其介导的根际激发效应研究进展

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植物生态学报 2024年

作者：龙吉兰蒋铮刘定琴缪宇轩周灵燕冯颖裴佳宁刘瑞强周旭辉伏玉玲上海市农业科学院生态环境保护研究所华东师范大学生态与环境科学学院浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站东北林业大学林学院

根系分泌物是植物与土壤进行物质能量交换和信息传递的重要媒介,同时也是植物响应外界环境变化的主要形式之一,在土壤碳库动态中发挥着重要作用。伴随着全球气候变化而频繁发生的极端干旱事件对植物地上地下生长过程都产生了深刻的影响... 详细信息

根系分泌物是植物与土壤进行物质能量交换和信息传递的重要媒介,同时也是植物响应外界环境变化的主要形式之一,在土壤碳库动态中发挥着重要作用。伴随着全球气候变化而频繁发生的极端干旱事件对植物地上地下生长过程都产生了深刻的影响,然而,由于根-土界面交互作用的复杂性,以及根系分泌物收集手段与装置的不完善,人们对干旱条件下根系分泌物及其介导的根际激发效应的响应及机制的认知尚存在较大的局限性。基于此,该文结合国内外生态学领域的研究前沿动态,论述了干旱下植物根系分泌物数量及组分的动态变化,重点阐述了根系分泌物介导的根际激发效应及其机制,在此基础上展望了未来根系分泌物研究中的重点关注方向,以期为未来全球气候变化条件下土壤碳汇的评估提供科学依据。

关键词：干旱胁迫根系分泌物根际激发效应土壤微生物土壤养分

亚热带常绿阔叶林演替过程中根际激发效应及其调控机制

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亚热带常绿阔叶林演替过程中根际激发效应及其调控机制

作者：贾真华东师范大学

学位级别：硕士

根系及根际微生物活动显著改变土壤有机碳分解速率,称为根际激发效应,是影响土壤有机碳动态的重要驱动因素。当前,森林演替过程中根际激发效应对土壤碳累积的影响及其调控机制尚不清楚,这严重阻碍了我们准确评估陆地生态系统碳源/汇动... 详细信息

根系及根际微生物活动显著改变土壤有机碳分解速率,称为根际激发效应,是影响土壤有机碳动态的重要驱动因素。当前,森林演替过程中根际激发效应对土壤碳累积的影响及其调控机制尚不清楚,这严重阻碍了我们准确评估陆地生态系统碳源/汇动态及其对未来气候变化的响应。本研究以浙江天童森林生态站的灌木-木荷-栲树和灌木-木荷-米槠两个常绿阔叶林演替序列为研究对象,利用空间替代时间的方法,采用土柱置换及天然C同位素示踪法,设置3种内置不同孔径尼龙网的生长环,用以区分植物根系和菌根真菌共同生长、仅菌根真菌生长及无植物根系和菌根真菌生长3种处理,结合CO通量长期野外观测数据,探究亚热带常绿阔叶林演替过程中土壤呼吸及其组分变化情况,并定量不同演替阶段根际激发效应强度。在此基础上,通过测定根系性状与土壤微生物特性,解析生物因素与根际激发效应之间的关系;并通过测定土壤理化性质与团聚体组分,阐明土壤非生物过程对根际激发效应的调控。主要得出以下结论:(1)土壤呼吸速率在亚热带常绿阔叶林演替过程中逐渐降低,从演替早期的7.14μmol CO·m·s下降至演替晚期的6.66μmol CO·m·s。异养呼吸速率从演替早期(6.24μmol CO·m·s)到演替晚期(4.76μmol CO·m·s)逐渐降低,且其所占总土壤呼吸的比值也随之下降。随着森林演替进行,根际激发效应的方向发生改变,由演替早期的负激发效应(-12.86%)逐渐转变为演替晚期的正激发效应(7.13%),且强度不断增大,对于森林演替过程中土壤呼吸及其组分变化产生重要影响。菌根真菌在根际激发效应发生过程中起到重要作用。(2)亚热带常绿阔叶林演替过程中,团聚体平均质量直径从演替早期的2.31mm上升至演替晚期的2.65 mm,可溶性有机碳氮比从演替早期的1.14上升至演替晚期的2.07,二者均与根际激发效应显著正相关。丛枝菌根真菌生物量在演替早期最大(0.2 nmol g),且随森林演替呈下降趋势,与根际激发效应显著负相关;革兰氏阳性菌阴性菌之比表现出相反趋势,与根际激发效应显著正相关。植物细根氮含量从演替早期(5.5 mg g)到演替晚期(11.54 mg g)逐渐上升,与根际激发效应显著正相关;细根直径则表现出下降趋势,演替晚期最小为0.44mm,与根际激发效应显著负相关。总体上,在亚热带常绿阔叶林演替过程中,根际激发效应主要受到土壤理化性质和物理结构等非生物因素和土壤微生物特性以及根系性状等生物因素的共同调控。在森林演替早期和中期,根际激发效应主要受到微生物驱动机制的调控,而在晚期阶段,物理保护机制和根系调控对于根际激发效应的解释程度提高。综上,本研究重点探究了亚热带常绿阔叶林演替过程中土壤呼吸及其组分以及根际激发效应的动态变化,并从生物与非生物因素的角度出发探讨根际激发效应的主要调控机制。本研究加深了我们对亚热带常绿阔叶林演替过程中土壤有机碳累积和稳定机制的理解,为改进土壤有机碳过程模型提供数据支持,为我国亚热带森林碳汇管理与气候变化应对提供科学依据。

关键词：亚热带森林演替根际激发效应根系性状土壤微生物土壤团聚体

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根际激发效应对土壤有机碳累积及分解的影响

浙江大学学报（农业与生命科学版） 2021年第4期47卷 527-533页

作者：莫朝阳张鑫林杨京平浙江大学环境与资源学院杭州310058

借助13C自然丰度法,通过盆栽实验测试2种植物(玉米、高粱)、2种土壤(水稻土、土)在2个生育期中的根际激发效应以及土壤样品的轻组有机碳(ρ_(1)1.7 g/cm^(3))含量。结果表明:种植作物显著增强了土壤有机质的分解;在水稻土中种植玉米的... 详细信息

借助13C自然丰度法,通过盆栽实验测试2种植物(玉米、高粱)、2种土壤(水稻土、土)在2个生育期中的根际激发效应以及土壤样品的轻组有机碳(ρ_(1)1.7 g/cm^(3))含量。结果表明:种植作物显著增强了土壤有机质的分解;在水稻土中种植玉米的大喇叭口期,总二氧化碳(CO_(2))碳通量中来源于土壤的碳最多,达到18.49 mg/(kg·d)。在各个时期,玉米的根际激发效应比高粱的根际激发效应都要强,种植玉米将带来更多的CO_(2)排放。轻组有机碳含量在根际激发效应发生过程中显著改变,而重组有机碳含量则维持稳定。因此,根际激发效应可能直接作用于轻组有机碳。本研究为合理控制根际激发效应强度和降低全球CO_(2)排放量提供了理论基础。

关键词：根际激发效应土壤有机碳轻组有机碳重组有机碳

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根际激发效应的发生机制及其生态重要性

植物生态学报 2014年第1期38卷 62-75页

作者：孙悦徐兴良 Yakov KUZYAKOV 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 Department of Soil Science of Temperate Ecosystems University of Gottingen 37077 Gottingen Germany Department of Agriculture Soil Science University of Gottingen 37077 Got-tingen Germany

土壤激发效应是指由各种有机物质添加等处理所引起的土壤有机质周转强烈的短期改变。根际是激发效应最主要也是最重要的发生部位。根际激发效应能够反映生态系统土壤碳氮周转的速度,并影响植物、土壤微生物等对养分的获取和竞争,维持生... 详细信息

土壤激发效应是指由各种有机物质添加等处理所引起的土壤有机质周转强烈的短期改变。根际是激发效应最主要也是最重要的发生部位。根际激发效应能够反映生态系统土壤碳氮周转的速度,并影响植物、土壤微生物等对养分的获取和竞争,维持生态系统各组分间的养分平衡。虽然对根际激发效应的产生机制已取得一定程度的认知,但是对根际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。该文在论述激发效应的研究历史和主要发生部位的基础上对最新研究进展进行了综合分析,提出了一个具体的根际激发效应的发生机制,深入剖析了影响根际激发效应的生物与非生物因素,并阐释了根际激发效应的生态重要性,对未来根际激发效应的研究方向进行了展望。

关键词：胞外酶根际沉积物根际激发效应土壤微生物

水分管理对水稻生长与根际激发效应的影响特征

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环境科学 2021年第2期42卷 988-995页

作者：林森肖谋良江家彬魏亮李科林刘守龙祝贞科葛体达吴金水中南林业科技大学环境科学与工程学院长沙410004 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 贵州大学农学院贵阳550025

作物根际沉积碳输入而引起的根际激发效应,对农田土壤碳排放通量和碳平衡起到关键的调控作用.在稻田生态系统中,由于频繁的干湿交替,土壤CO2和CH4排放以及根际激发效应明显有别于其他自然生态系统.因此,明确稻田生态系统干湿交替过程中... 详细信息

作物根际沉积碳输入而引起的根际激发效应,对农田土壤碳排放通量和碳平衡起到关键的调控作用.在稻田生态系统中,由于频繁的干湿交替,土壤CO2和CH4排放以及根际激发效应明显有别于其他自然生态系统.因此,明确稻田生态系统干湿交替过程中水稻根际激发效应的方向与强度,对于减缓稻田温室气体排放具有重要意义.本研究采用^(13)C-CO2连续标记法,结合盆栽试验,研究干湿交替和持续淹水条件下,水稻生长以及根际激发效应的响应特征.结果表明,相对于持续淹水处理,干湿交替处理使水稻地上部和根系生物量以及根冠比显著提高,并增加了土壤微生物生物量.持续淹水条件下,13CO2和13CH4排放通量随水稻生长由10.2μg·(kg·h)^(-1)和2.8μg·(kg·h)^(-1)(63 d)增加到16.0μg·(kg·h)^(-1)和3.2μg·(kg·h)^(-1)(75d).而在干湿交替条件下,经过12 d的落干处理13CO2和13CH4排放通量分别降低了57.5%和88.1%.持续淹水条件下,CO2和CH4的根际激发效应表现为正激发效应,而且随水稻的生长而增加.而干湿交替处理下,经过12 d的落干处理,CO2和CH4的根际激发效应分别由0.29 mg·(kg·h)^(-1)和12.3μg·(kg·h)^(-1)(63 d)降低到-0.39 mg·(kg·h)^(-1)和0.07μg·(kg·h)^(-1)(75d).因此,干湿交替处理,能有效促进水稻生长和降低CH4的累计排放量.合理地田间水分管理对于提高水稻产量和降低温室气体排放具有重要意义.

关键词：稻田碳循环水分管理温室气体 ^(13)C-CO2连续标记法根际激发效应

根际激发效应对两种农田土壤中碳氮转化的影响及机制研究

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根际激发效应对两种农田土壤中碳氮转化的影响及机制研究

作者：莫朝阳浙江大学

学位级别：硕士

根际激发效应(RPE)指植物活根系会抑制或刺激增强土壤有机质(SOM)的分解速率,其在调节SOM碳氮周转中发挥重要作用。而目前对RPE发生过程中碳氮转化影响因素、发生机制以及相关微生物群落的作用尚不明确。为此,本研究选取连续20年以上种... 详细信息

根际激发效应(RPE)指植物活根系会抑制或刺激增强土壤有机质(SOM)的分解速率,其在调节SOM碳氮周转中发挥重要作用。而目前对RPE发生过程中碳氮转化影响因素、发生机制以及相关微生物群落的作用尚不明确。为此,本研究选取连续20年以上种植C3作物的水稻土及塿土,以无作物为对照,通过种植玉米及高粱C4作物,在作物大喇叭口期、开花期及成熟期测定RPE并探究其发生机制和作用位点;分析施用N氮肥去向及植物氮素吸收;探究RPE发生过程中细菌群落结构的变化及其对环境因子的响应,为提高农田土壤碳固存、二氧化碳减排等提供科学理论及数据支撑。主要研究结果如下:(1)RPE及土壤氮素矿化速率(GNM)受土壤类型、作物种类、生育期及其相互作用影响。本试验RPE强度为–3.3-17.3 mg C kg soilday,GNM为1.51-7.30 mg N kg soilday;RPE及GNM在大喇叭口期时最大,之后随生育期递减;RPE与GNM显著正相关。(2)RPE存在随作物生育期变化的多种机制。“微生物活化”、“氮素攫取”机制在大喇叭口期发挥主要作用;“底物优先利用”机制在开花和成熟期单独发挥作用。并提出RPE“微生物代谢效率”(MME)主导机制:即微生物根据土壤可利用碳氮量及微生物生物量,调节MME,进而影响RPE,表明MME是调节RPE的潜在重要途径。(3)RPE主要作用于轻组有机碳库,重组有机碳库对RPE的响应时间更为长久,根系分泌物会补充由于RPE引起轻重组有机碳库的碳损失。氮十五同位素去向依次为其他损失>作物地上部>土壤残留>作物根部。SOM的分解矿化为微生物和植物提供了碳、氮,经过激烈氮素竞争后,植物获取最多的氮素。(4)种植作物后未显著改变细菌群落多样性,但显著改变了其群落结构。RPE发生过程中,革兰氏阳性菌群丰度升高而革兰氏阴性菌群丰度降低。土壤细菌群落结构受TDN、MBN、NH、轻组有机碳、TOC等环境因子影响,共解释了35.47%的土壤细菌群落结构变化。

关键词：根际激发效应微生物代谢效率轻重组有机碳氮素分配细菌群落结构

水分管理对水稻光合碳的分配及其根际激发效应的影响

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水分管理对水稻光合碳的分配及其根际激发效应的影响

作者：王莹莹沈阳农业大学

学位级别：硕士

稻田土壤生态系统既是碳源也是碳汇,在控制温室气体排放(CO、CH)、增加陆地碳固定等方面发挥着不可替代的作用。稻田土壤以其特殊的田间水分管理方式区别于旱作土壤等特点备受关注,在不同的水分管理条件下,水稻土的物理、化学性质和微... 详细信息

稻田土壤生态系统既是碳源也是碳汇,在控制温室气体排放(CO、CH)、增加陆地碳固定等方面发挥着不可替代的作用。稻田土壤以其特殊的田间水分管理方式区别于旱作土壤等特点备受关注,在不同的水分管理条件下,水稻土的物理、化学性质和微生物群落结构可能发生改变,进而影响着光合碳在“水稻-土壤”系统中的分配与转化。因此,研究不同水分管理条件下,稻田土壤碳周转及其激发效应与微生物群落结构之间的联系机制在发掘土壤固碳潜力、促进水稻增产、减缓温室气体排放及节水措施在农业上的实施与可持续发展都具有重要意义。本文以亚热带典型红壤型水稻土为研究对象,以“植物-土壤-微生物”系统中碳矿化转化过程为切入点,探讨水分管理方式(干湿交替、持续淹水)对水稻光合碳的分配及其根际激发效应影响机制与微生物作用机理。采用稳定同位素和磷脂脂肪酸(PLFAs)技术,结合盆栽试验,对水稻全生育期进行C连续标记,探讨水分管理方式对水稻光合碳分配规律及其根际激发效应的方向与大小的影响机制,并揭示微生物作用机理。通过研究,主要得到如下结论:(1)水分管理显著影响了光合碳在“水稻-土壤”系统的分配。干湿交替处理较持续淹水处理相比,促进了地上部和根系的生物量分别增加了223.60 kg·hm和77.04 kg·hm,使4%与26%的光合碳保存固定在地上部与根系中,却显著降低了根冠比。水稻光合C约有43%的光合碳分布于水稻植株体内。不断向地下部(根系和土壤)传输,有13%～144%的光合C从根系分泌淀积到土壤中。干湿交替处理较持续淹水处理还提高了根系和土壤中光合碳的分配比例,分别为4%～34%和15%～42%,增加了光合碳向土壤的输入和根际碳的淀积含量。(2)水分管理不仅显著影响了光合碳向根际碳的绝对数量和相对比例的投入,而且影响了土壤微生物群落组成和结构。主要表现在:持续淹水条件下,土壤根际碳投入低,微生物周转速度较慢,同时伴随着较低的C-MBC含量(0.73～4.44 mg·pot)和总的C-PLFAs的含量(25.18～89.43μg·C·kg),革兰氏阴性菌在碳周转中起着重要作用。与之相反,干湿交替条件下,微生物周转较快,真菌和放线菌的C-PLFAs含量丰富,为9.05～23.72μg·C·kg和0.39～5.28μg·C·kg,增加了土壤碳的固持。(3)水分管理显著影响了稻田CO和CH的排放量。随着水稻培养时间的增加,在两种水分管理条件下,对稻田土壤CO和CH排放通量与土壤有机质分解矿化的影响各不相同。两种水分管理方式对CO和CH的根际激发效应均有显著性影响。与持续淹水处理相比,干湿交替处理在水稻移栽后50 d内,促进了CO的排放,CO排放量为0.57～2.26 mg·C·kg·h,在水稻整个生育期内,抑制了CH排放,CH排放量在0.34～16.93μg·C·kg·h之间。以上结果表明,通过61d的C连续标记水稻盆栽试验,干湿交替的节水管理维持了与传统持续淹水相似的SOC含量,SOC含量为15.40～16.09 g·kg。节水管理下,水稻光合碳向地下部的输入量增加,不仅促进水稻植株的稳定增长,还增加了水稻土根际碳的固持,与持续淹水处理相比,干湿交替的水分管理方式降低了94%～99%CH的排放。干湿交替的水分管理方式是进一步提高和改善稻田SOM数量和质量的有效措施,为节水措施在农业上的实施提供数据支撑。

关键词：水分管理光合碳水稻-土壤系统根际激发效应 13CO2连续标记

玉米幼苗根际激发效应对盐分胁迫及氮素添加的响应

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玉米幼苗根际激发效应对盐分胁迫及氮素添加的响应

作者：俞诺萱兰州大学

学位级别：硕士

盐渍化土壤中植物向土壤输入有机质的能力降低,这在很大程度上降低了土壤碳库大小,而目前大部分对于土壤呼吸的研究都集中于非盐渍化土壤,但对于盐渍化土壤中的CO释放机制目前尚不清晰,因此本研究以玉米为研究对象,采用温室培养,分析不... 详细信息

盐渍化土壤中植物向土壤输入有机质的能力降低,这在很大程度上降低了土壤碳库大小,而目前大部分对于土壤呼吸的研究都集中于非盐渍化土壤,但对于盐渍化土壤中的CO释放机制目前尚不清晰,因此本研究以玉米为研究对象,采用温室培养,分析不同程度盐胁迫与氮素交互作用对玉米生长、土壤化学和生物学性质的影响;利用C自然丰度法,分析不同培育期土壤呼吸及根际激发效应在盐胁迫下的响应及其动态变化,为盐渍化土壤碳循环过程提供理论依据。研究的主要结果如下:1.植物地上及地下生物量主要受到培育期和盐胁迫以及其二者交互作用的影响。盐胁迫使玉米幼苗地上干重、地上含水量、玉米株高、根系形态参数都显著下降,且重度盐胁迫下,地上生物量和根系参数受抑制程度越明显。当盐分胁迫时氮素的添加降低了玉米地上干重,但明显促进了玉米根长的增加。2.种植处理显著提高了微生物碳(MBC)、微生物氮(MBN)含量、FDA酶、β-葡萄糖苷酶活性,随着盐分胁迫程度的增加MBC、MBN含量显著降低;无论有无盐胁迫,氮素添加都显著降低了MBC、MBN含量和三种酶的活性。在无盐和中度盐分处理下MBC、MBN含量、FDA酶、β-葡萄糖苷酶活性分别与根际激发效应(RPE)成显著正相关关系,在重度盐分胁迫下无相关性,脲酶活性在盐分胁迫下均与RPE均成显著负相关关系。3.培育期、种植、盐胁迫和氮素四因素对土壤有机碳分解产生的CO-C(C)有显著影响,而培育期、氮素、和盐胁迫对根呼吸(C)有显著影响。种植处理显著提高了土壤呼吸总量。在种植处理中,盐胁迫增加了来自C组分的占比,且在中度盐胁迫下占比最大,表明盐胁迫加速了来自土壤的呼吸,而来自根呼吸产生的CO与无盐处理相比对总土壤呼吸的贡献比例明显减少;随着培育期的延长(42天),在无盐处理中来自根呼吸产生的CO占比最大,说明无盐处理有利于土壤碳的固存,而重度盐胁迫下C组分占比最小,表明盐胁迫对根系呼吸有明显抑制的。4.培育期、盐胁迫及氮素三因素交互作用对根际激发效应有显著影响。无盐处理中,21天培育期RPE显著增加,产生正根际激发效应,42天培育期RPE则显著下降,产生负根际激发效应;盐胁迫处理中各培育期均产生了正激发效应,说明盐分胁迫导致了正根际激发效应的产生,但随着培养时间的延长正根际激发效应整体明显变弱;氮素的添加在42天无盐胁迫中虽然使RPE增加但依旧呈现负根际激发效应,42天重度盐胁迫使RPE下降但呈现正根际激发效应,表明盐胁迫对根际激发效应的强度有明显的抑制作用。

关键词：玉米盐胁迫根际呼吸土壤呼吸根际激发效应土壤有机碳 13C自然丰度