土壤是最大的陆地有机碳储存库，维持其长期固碳功能对减缓气候变化和生态系统恢复力和生产力至关重要。微生物将植物源输入转化为持久性土壤有机碳是追踪土壤碳足迹的一个十分关键但又鲜为人知的过程。微生物产物，主要是微生物残体，在不同生态系统中约占SOC库的30-80%，从而在土壤碳固存中发挥关键作用。根据当代有机碳理论，具有丰富高质量植物输入的土壤微生物热点通过刺激更快的微生物“体内”周转，将导致微生物残体形成和迭代积累的压倒性优势。相应地，根际作为一个由植物根系高质量碳输入形成的独特的土壤微生物热点，很可能导致高效的微生物生长和残体积累以及对土壤有机碳的高贡献。然而，到目前为止，根际这种压倒性的潜力尚未得到大规模的验证，因为大多数先前的土壤碳动态研究通常将根际和非根际土壤视为一个有机整体，而忽略了根际微生物碳代谢过程在土壤有机碳形成和稳定中的关键作用。而且对影响根际微生物残体积累的环境因素知之甚少。填补这些知识空白不仅有助于预测根-土壤系统中的土壤碳动态，而且可为制定在变化环境下加强土壤碳封存的实践提供理论指导。
基于此，成都生物研究所尹华军研究团队通过系统收集青藏高原典型高寒针叶林39个样点的根际和非根际土壤样品（图1），量化了根际和非根际土壤中有机碳和氨基糖的浓度，并通过计算根际相对于非根际土壤中增加的氨基糖与增加的有机碳的比例（RAS/SOC）进一步评估了微生物残体对根际有机碳积累的贡献程度。并通过收集气候数据和测定根际土壤养分浓度和微生物生理性状，揭示了变化环境下微生物生活史策略的转变是否以及如何影响根际微生物残残体对SOC贡献的变化。研究结果表明：Ⅰ）在所有采样点中，根际土壤中SOC标准化氨基糖的平均浓度显著高于非根际土壤，且平均RAS/SOC大于1，表明根际微生物残体对有机碳库的贡献能力比非根际土壤更大（图2）；Ⅱ）土壤养分有效性是影响RAS/SOC的主要因素，降水通过改变土壤养分状况间接影响微生物合成代谢和RAS/SOC（图3）。随着根际土壤养分有效性的增加，微生物碳利用效率和生长速率增加，但单位生物量胞外酶活性下降，表明随着土壤养分有效性的增加，微生物倾向于采取高产策略（图4）。上述研究结果在区域尺度上支持了根际具有较高的微生物残体积累能力，强调了微生物代谢途径在响应土壤养分条件变化时影响根际有机碳形成和土壤碳源/汇功能的重要性。
上述研究结果近期以“Rhizosphere as a hotspot for microbial necromass deposition into the soil carbon pool”为题发表在生态学领域国际著名期刊Journal of Ecology (2024)上。该论文第一作者为成都生物研究所特别研究助理汪其同（现为山东农业大学副教授），通讯作者为尹华军研究员和西北工业大学张子良教授。论文的合作者还包括沈阳应用生态研究所梁超研究员、西澳大学Hans Lambers教授、北京大学朱彪研究员等。本研究得到了国家自然科学基金区域联合重点项目、国家自然科学基金青年基金项目、中科院“西部之光”交叉团队项目、四川省科技计划项目和西藏自治区科技计划等项目的联合资助。
本研究成果是团队近年来关注高寒森林根际土壤碳汇功能与调控机制以来（Journal of Ecology 2022；Soil Biology and Biochemistry, 2024, 2021），在该领域取得的又一重要研究进展。上述系列研究成果根际视角揭示了高寒森林根系活动介导的土壤微生物残体碳积累能力的变化规律和调控机制，丰富和拓展了森林根际土壤碳动态过程及其理论体系的科学认知，为构建和完善陆地生态系统碳循环模型提供重要科学依据。
图1 39个高寒针叶林采样点分布图
图2 根际和非根际土壤间氨基糖和有机碳的相对变化，根际相对于非根际增加的氨基糖与增加的SOC的比值（RAS/SOC）（a）；RAS/SOC的频率分布图（b）
图3气候因子、根际土壤养分有效性、微生物生理特性与RAS/SOC的关系。
图4 土壤养分有效性如何通过影响微生物生活史策略而调控根际土壤微生物残体积累能力的概念框架图