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13C標記光合產物的追蹤，禁牧通過根源碳的微生物殘體增加了土壤有機碳
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：草原儲存了大量的碳，然而，禁牧后土壤碳固存的潛在機制尚不清楚。本研究旨在闡明溫帶草原在長期禁牧后（~40年) ，植物和微生物殘體對土壤有機碳（SOC）貢獻的驅動因素。
方法：現場進行了13C-CO2原位標記實驗，并結合生物標記物追蹤植物-土壤系統(tǒng)中的13C，以評估植物對土壤的碳輸入。
結果：長期禁牧提高了植物和土壤碳庫包括地上生物量、地下生物量、微生物生物量和殘體；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關系。與放牧相比，禁牧提高了草地土壤有機碳含量約2倍，但木質素酚對土壤有機碳的貢獻甚微（0.8%），而真菌殘體碳的積累是導致土壤有機碳含量增加的主要因素。
結論：受礦物顆粒保護的微生物殘體碳是導致禁牧草地土壤有機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，導致微生物生物量和殘體的形成，在礦物基質的保護作用在土壤中長期穩(wěn)定存在。禁牧條件下，微生物殘體特別是真菌殘體對SOC的積累貢獻大于木質素酚。
圖1 放牧和禁牧樣地地植物-土壤-微生物系統(tǒng)的碳儲量。(a)地上部分碳庫；(b)根碳庫；(c)土壤有機碳庫（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行脈沖追蹤試驗的植物和土壤系統(tǒng)中13C標記圖。(a)地上部分的13C標記；(b)根中的13C標記；(c) 13C標記土壤(d)土壤中13C標記的CO2放。
圖3 放牧和禁牧草地根系中13C標記的回歸方程。(a)土壤13C標記和(b)微生物生物量C
圖4 放牧和禁牧草地中木質素酚和微生物殘體碳的特征。(a)木質素酚的含量；(b)微生物殘體碳的含量；(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，細菌殘體碳與真菌殘體碳的比值（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群的百分比；(b)放牧和禁牧草地中細菌與真菌的比率。微生物類群的分布是根據磷脂脂肪酸的數據。
圖6 植物和微生物殘體對有機碳形成的貢獻概念模型（MAOC：礦物結合有機碳；POC：顆粒有機碳；LP：木質素酚；FNC：真菌殘體碳；BNC：細菌殘體碳；紅色箭頭和虛線：標記的光合13C從大氣到植物-土壤系統(tǒng)的流動；黑色箭頭：死莖和根凋落物從植物到土壤的流動）
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，進而增加殘體碳。與放牧草地相比，長期禁牧增加了土壤有機碳含量，但未增加微生物殘體碳對土壤有機碳的貢獻比例。
長期禁牧增加了地上部和根系生物量、總有機碳和有機碳庫、微生物生物量和殘體含量。放牧草地中木質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物分配能力，微生物殘體對有機碳積累的貢獻大于木質素酚，微生物殘體的積累受根沉積物、pH值、水分、礦物保護和底物質量的影響。研究結果表明，長期禁牧后土壤有機碳的增加主要是由于真菌殘體的積累，這些結果有助于更好地預測草地管理措施介導的長期有機碳動態(tài)。