杉木根系分泌物对模拟增温的响应及其机理

The response of root exudates under the background of global warming will significantly influence soil carbon and nitrogen cycle , and then feedback to climate change. So in this study, our hypothesis is that the amount of root exudation will be regulated by forest productivity and soil nutrient availability resulted from warming. To test this hypothesis, Cunninghamia-lanceolata seedings are selected as the main study object and two treatments are set up including soil cable heating(+5℃), and control. Root exudates will be collected in situ and their quantity and composition will be determined in every season. The net primary productivity of Cunninghamia-lanceolata will be also determined, in order to estimate the proportion of the carbon flux from root exudation contributing to net primary productivity. Meanwhile, the distribution characteristics of new photosynthate to the root and root exudation are also measured by adopting 13C isotopic pulse labeling. Finally, the nutrition dynamics for rhizosphere soil, bulk soil, leaves and roots will be determined seasonally. In this way, we can understand the effect of warming on root exudation and its mechanism. This project would have important scientific value in predicting the contribution of the root exudation to the carbon input underground and soil carbon-nitrogen cycle, and climate-carbon cycle feedback under the background of global warming.

根系分泌物对全球变暖作出如何响应，将显著影响土壤碳氮循环并反馈于气候变化，本项目假设增温将通过影响林木生产力和土壤养分有效性而调节根系分泌物数量。为验证此假设，本项目以杉木幼苗为研究对象，设置土壤增温（+5℃）、对照两种处理，通过原位收集方法研究根系分泌物的数量和组成在不同季节的变化；并同时测定杉木净生产力，以估算根系分泌物碳通量占净生产力的比例；通过测定全土和非根际土、根系、叶片养分变化，以确定养分有效性的季节变化；并采用13C脉冲标记技术研究不同季节新近光合产物向根系和根系分泌物的分配特征。在此基础上，揭示增温对杉木根系分泌物数量的影响机理。开展本研究对预测全球变暖背景下根系分泌物对地下碳输入及土壤碳氮循环的贡献，以及气候-碳循环反馈具有重要科学价值。

全球变暖已是不争的事实，研究发现截止到本世纪末北半球陆地温度可能会增加3。C。根系分泌物是植物地下碳输入的重要渠道，由于大多数根系分泌物能被微生物直接吸收利用，它是驱动森林生态系统碳循环的主要有机碳源。尽管能够感知到其对于森林生态系统功能的重要性，但在全球变暖背景下对林木根系分泌物的影响及机理的研究非常有限，了解这些过程对研究根系分泌物对地下碳输入的贡献及预测在气候变暖背景下气候-碳循环反馈至关重要。本研究通过在不同季节原位收集杉木根系分泌物，并对其分泌速率和化学组成进行分析；并同时测定杉木净生产力，以估算根系分泌物碳通量占净生产力的比例；同时通过测定土壤、根系、叶片养分变化，以确定养分有效性的季节变化；并采用13C脉冲标记技术研究不同季节新近光合产物向根系和根系分泌物的分配特征。在此基础上，揭示增温对杉木根系分泌物数量的影响机理。研究结果发现：春季增温后杉木根系分泌物速率较对照表现出增加趋势；在夏季增温后杉木细根分泌物速率较对照显著降低，在秋季增温后杉木细根分泌物速率整体则较对照表现出增加趋势，在冬季增温后杉木细根分泌物速率较对照并无显著差异。杉木在遭受根际高温胁迫时会分泌一些特定的物质以有利于抵御环境的变化。例如，在增温后根系分泌中脱落酸含量显著增加，以抵御高温的胁迫; 增温后可能对杉木吸收土壤养分造成一定影响，活化土壤的肉桂酸和柠檬酸等物质分泌增加。增温后土壤中对杉木生长不利的病菌增加，会相应的分泌一些黄酮类等物质来抵御病菌的影响。重复测量方差分析表明：增温以及取样时间均对细根分泌物速率有显著影响。线性回归分析发现：根系分泌物速率与土壤无机氮含量线性负相关，与生长速率、细根氮含量及细根呼吸速率显著正相关。研究的开展对预测全球变暖背景下根系分泌物对地下碳输入及土壤碳氮循环的贡献，以及气候-碳循环反馈具有重要科学价值。