磷是植物生長必須的礦質營養(yang) 。為(wei) 了滿足作物生長需求，人類大量開采磷礦，在生產(chan) 中大量使用磷肥，不僅(jin) 造成不可再生資源的浪費，也容易引起水體(ti) 汙染等環境問題。加強作物自身磷高效利用成為(wei) 農(nong) 業(ye) 可持續發展的重要措施。

　　近日，《生態學和進化趨勢》（Trends in Ecology and Evolution）在線發表了中國農(nong) 業(ye) 大學國家農(nong) 業(ye) 綠色發展研究院丁文利、叢(cong) 汶峰、Hans Lambers合作的文章。他們(men) 建議，係統研究磷利用策略對土壤有機質周轉的影響，應從(cong) 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係統中最大的碳庫，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(cong) 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(wei) 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(nong) 業(ye) 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、衰老根係和根係分泌物等，既是土壤有機質形成的前體(ti) ，又能激發原有土壤有機質分解，產(chan) 生激發效應，即外源有機質輸入在短期內(nei) 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(chan) 力，從(cong) 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(chan) 力使全球陸地生態係統碳庫增加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(cong) 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(ti) 。在釋放磷的同時，也釋放碳和氮，給微生物提供能量和營養(yang) ，加速土壤有機質分解。

　　其二，植物為(wei) 了適應低磷脅迫，會(hui) 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(hui) 讓根與(yu) 叢(cong) 枝菌根共生，植物可能會(hui) 通過叢(cong) 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(cong) 枝菌根也可能通過促進團聚體(ti) 的形成降低土壤有機質分解和氮礦化。

　　“這是我們(men) 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(guan) 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製 

　　“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。但目前很少有人係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後的原因。這是我們(men) 這篇文章討論的內(nei) 容。”叢(cong) 汶峰說。

　　以往的研究往往重點關(guan) 注根係形態、根際有機酸、叢(cong) 枝菌根等和磷高效利用相關(guan) 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(guan) 的，沒有係統分析和理解其背後的原因。

　　他們(men) 建議，除了目前公認的從(cong) 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(cong) 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(wei) ，外源有機質輸入土壤後，為(wei) 微生物提供有機碳源，在短期內(nei) 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(wei) ，在土壤氮匱乏條件下，外源有機物投入會(hui) 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(chan) 生正的激發效應。

　　而植物磷挖掘理論認為(wei) ，不同的磷利用策略可能會(hui) 對土壤有機質循環產(chan) 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(cong) 汶峰指出，應該開展更多的有關(guan) 植物不同磷利用策略對土壤有機質周轉的實驗，並將相關(guan) 結果加入碳循環模型構建當中，為(wei) 協同實現作物磷高效利用和土壤碳固持提供理論依據。

　　相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1016/j.tree.2021.06.005

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