近日，388vip太阳集团冯继广研究员和朱彪特聘教授在根际激发效应的全球格局与驱动机制方面取得重要进展，相关成果以“Biomass and functional traits of plants and soil carbon‐to‐nitrogen ratio jointly control the effect of living roots on soil carbon decomposition”为题发表于Global Change Biology期刊上。冯继广研究员为论文第一作者，朱彪特聘教授为通讯作者，东北林业大学韩孟光教授为论文合作作者。
根际激发效应(RPE)是指植物活体根系对土壤有机质分解的影响，其产生是植物根系、土壤微生物和土壤有机质之间相互作用的结果，是主要由根系分泌物驱动，通过改变微生物生物量及其活性等来实现的。RPE是植物和微生物获取养分的主要途径之一，能够加速养分释放，促进生态系统碳和养分循环，在维持生态系统功能中具有重要作用；而且将其纳入模型能够提高模型对全球土壤有机碳储量及碳密度分布的估测精度。植物功能性状及其综合表征(即植物经济空间)越来越被认为在塑造生态系统功能中起着关键作用。然而，植物功能性状如何调控植物活体根系对土壤碳分解的影响(即RPE)—尤其在物种、系统发育及功能多样性各异的植物中—这一机制仍不清楚。这极大地限制了我们对大尺度上RPE变异的影响因素与驱动机制的理解，以及全球变化背景下植物群落物种组成和功能性状变化对地下生态系统功能影响的预测。
通过整合全球范围内的RPE实验(图1)，探究了全球尺度上RPE变异的影响因素与驱动机制。发现，RPE使土壤有机碳分解平均增加49%，但RPE强度存在较大的变异(−50%至349%)。植物地下生物量、植物功能性状沿植物经济空间的协作梯度(从自己动手到外包)以及土壤碳氮比共同驱动RPE的全球变异；其中，前两个因素与RPE呈正相关关系，而土壤碳氮比与RPE呈负相关关系。基于此，本研究提出了一个“生物量—氮—性状”框架：在低碳氮比土壤中，高生物量、粗根植物(外包型策略)比低生物量、细根植物(自己动手型策略)对土壤碳分解的促进作用更为强烈(图2)。本研究揭示了植物生物量、植物功能性状以及土壤养分供应能力在根际激发效应中的共同驱动作用，为解释为什么仅考虑植物性状难以有效预测生态系统属性和功能提供了重要见解，并表明植物性状需要与其他生态属性结合考虑，才能更好地预测生态系统功能。此外，本研究提供了植物经济空间的协作梯度能够影响微生物分解和生物地球化学循环的新视角，拓展了以往主要基于地上性状提出的植物“快–慢”策略如何影响根际激发效应、微生物活性以及土壤碳储存的认识，并有助于更好地预测全球变化背景下植物群落物种组成和功能性状变化对地下生态系统功能的影响。
图1 RPE实验所用土壤的全球分布以及所用植物的系统发育关系
图2 植物和土壤属性影响RPE的机制总结
本研究得到国家自然科学基金、内蒙古自治区科技计划项目、388vip太阳集团骏马计划项目、植被结构功能与建造全国重点实验室、北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室开放基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1111/gcb.70803
（初审：刘浩晨 复审：张庆 终审：胡利春）
