土壤有机质(SOM)中储存的碳比全球植被和大气中碳的总和还要多。然而，这个巨大的陆地碳库在全球变化下的命运仍然是一个主要的不确定性，限制了我们准确预测碳循环-气候反馈的能力。到目前为止，大部分研究工作都集中在30cm(表土)的土壤有机碳(SOC)上，但全球约一半的有机碳储量都存储在较深的土层(底土)中。在全球范围内，土壤碳动态受深度的控制较强，深度的变化速度越来越慢。阐明SOC动力学深度依赖的机制基础，不仅对提高我们对SOC动力学的基本认识至关重要，而且对提高我们预测大型SOC储层对全球变化的响应能力至关重要（Nature Communications | 土壤有机碳响应全球变暖的土层深度依赖性）。

到目前为止，将深层有机碳动态与其生物能量特征和对根际激发的敏感性联系起来的直接实验证据仍然缺乏。因此，作者在此研究了温带透气性良好的矿质土壤中有机碳动态的深度依赖性的生物能量控制。具体而言，假设深层有机碳的缓慢动态与其较差的能量质量以及下层土壤中植物根系缺乏能量供应有关。为了验证这一假设，作者结合了土壤生物地球化学特性的特征，包括放射性碳和热分析，以及一项补充实验，涉及在受控条件下长期培养土壤，同时存在或不存在连续的¹³C/ ¹⁴C标记植物。为了根据土壤矿物反应性背景评估假设的稳健性，作者在三种具有对比矿物学的土壤剖面上重复了该研究: cambisol、vertisol和andosol，它们分别具有中等、高和非常高的矿物反应性和基于先验知识的深层有机碳持久性。

研究结果表明：在一系列矿物反应性背景下，分解者的生物能量约束始终主导土壤碳动力学的深度依赖性。底土碳的缓慢动态与其低能量密度和高分解活化能密切相关，导致分解者的“能量投资回报”不佳。此外，根系对数千年底土碳分解的强烈加速(“根际激发”)，表明根系提供足够的能量可以缓解分解的强烈能量限制。这些结果表明，土壤碳持久性是由于其能量质量差，同时由于根系在深度密度低而缺乏能量供应。这些发现为生物能量控制土壤有机碳持久性提供了新的视角，并表明全球变化引起的植物根深的增加可能会威胁到土壤深层千年有机碳的储存。

SOC动态的生物能量控制及其对土壤深度和矿物反应性背景下根际激发的敏感性

上述研究于2022年12月12日以题为“Bioenergetic control of soil carbon dynamics across depth”发表在国际著名学术期刊Nature Communications上。法国克莱蒙奥弗涅大学Ludovic Henneron为论文的第一作者兼通讯作者。

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https://doi.org/10.1038/s41467-022-34951-w

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