碳和磷在土壤有機質分解中如何互動？這篇文章解釋了

　　磷是植物生長必須的礦質營養。為了滿足作物生長需求，人類大量開采磷礦，在生產中大量使用磷肥，不僅造成不可再生資源的浪費，也容易引起水體污染等環境問題。加強作物自身磷高效利用成為農業可持續發展的重要措施。

低磷條件下植物不同磷獲取策略驅動土壤有機質周轉流程圖。橘色、黑色和黃色箭頭分別代表：i）通過破壞礦物結合態有機質和團聚體穩定性增加C分解和N礦化；ii）通過加強礦物結合態有機質和團聚體穩定性降低C分解和N礦化；iii）通過給微生物提供能量和營養促進C分解和N礦化。每個元素的大小代表各自的強度。

中國農大供圖

　　近日，《生態學和進化趨勢》（Trends in Ecology and Evolution）在線發表了中國農業大學國家農業綠色發展研究院丁文利、叢汶峰、Hans Lambers合作的文章。他們建議，系統研究磷利用策略對土壤有機質周轉的影響，應從植物角度出發，使用植物“磷挖掘”理論解釋土壤有機質的分解。

　　植物適應低磷的應對策略和土壤有機質循環的相互作用

　　土壤有機質是陸地生態系統中最大的碳庫，其微小變動就可顯著影響土壤、食物和氣候安全。

　　論文通訊作者叢汶峰告訴《中國科學報》，提高土壤有機質含量是減緩氣候變暖，提升土壤質量和糧食安全的重要措施。因此，研究植物不同磷高效利用策略和土壤有機質循環的相互作用，可為協同實現作物磷高效利用和土壤碳固持提供理論依據，推動農業綠色發展。

　　論文第一作者丁文利解釋說，植物源有機質，如葉片凋落物、衰老根系和根系分泌物等，既是土壤有機質形成的前體，又能激發原有土壤有機質分解，產生激發效應，即外源有機質輸入在短期內影響土壤原有機質分解的現象。因此，植物源有機質的質量和數量影響著土壤有機質周轉。

　　高磷能夠通過影響植物的初級生產力，從而影響植物源碳輸入土壤的質量和數量。比如，磷肥添加可通過增加植物生產力使全球陸地生態系統碳庫增加10-23%。

　　低磷能夠促使植物形成多樣的磷高效利用策略，比如分泌更多有機酸，形成更多細根、長根，和叢枝菌根共生等。這些策略改變了植物源碳在土壤的分配，進而能夠影響土壤有機質循環。

　　丁文利進一步解釋道，植物適應低磷的策略之一是根際有機酸（如草酸）的分泌。這些有機酸能夠通過較強的金屬（如鋁和鐵）絡合能力破壞礦物結合態有機質和土壤團聚體。在釋放磷的同時，也釋放碳和氮，給微生物提供能量和營養，加速土壤有機質分解。

　　其二，植物為了適應低磷脅迫，會形成更多細根、長根、根毛，導致植物將更多碳分配到地下，促進微生物生長和土壤有機質分解。

　　其三，植物適應低磷會讓根與叢枝菌根共生，植物可能會通過叢枝菌根將更多碳分配到土壤中，促進微生物生長和土壤有機質分解；叢枝菌根也可能通過促進團聚體的形成降低土壤有機質分解和氮礦化。

　　“這是我們提出的磷吸收策略可能影響土壤有機質循環的途徑，但是相關研究太少，需要進一步確認。”丁文利說。

　　應深入挖掘土壤有機質周轉機制

　　“這些策略都能夠改變輸入土壤的植物源碳的質量和數量，進而影響土壤有機質周轉。但目前很少有人系統研究這些磷利用策略對土壤有機質周轉的影響，往往忽略這些有機物輸入變化背后的原因。這是我們這篇文章討論的內容。”叢汶峰說。

　　以往的研究往往重點關注根系形態、根際有機酸、叢枝菌根等和磷高效利用相關的因素對土壤有機質循環的影響，而忽略了這些因素是和磷高效利用相關的，沒有系統分析和理解其背后的原因。

　　他們建議，除了目前公認的從微生物角度出發解釋激發效應的“共代謝”和“氮礦化”理論，還應從植物角度出發，使用植物“磷挖掘”理論解釋激發效應。

　　微生物共代謝理論認為，外源有機質輸入土壤后，為微生物提供有機碳源，在短期內激活微生物、增強土壤微生物數量和活性，活性微生物在降解外源有機碳的同時，也協同代謝土壤原有機碳。

　　微生物氮礦化理論認為，在土壤氮匱乏條件下，外源有機物投入會刺激土壤微生物加速礦化土壤中富氮有機質，以利用其中的氮元素滿足自身需求，因此產生正的激發效應。

　　而植物磷挖掘理論認為，不同的磷利用策略可能會對土壤有機質循環產生不同的影響，但仍需更多的研究結果來確認和補充以上推論。

　　叢汶峰指出，應該開展更多的有關植物不同磷利用策略對土壤有機質周轉的實驗，并將相關結果加入碳循環模型構建當中，為協同實現作物磷高效利用和土壤碳固持提供理論依據。