Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự phân hủy chậm của các rễ bậc thấp: một cơ chế chính của việc giữ carbon và dinh dưỡng từ rễ trong đất
Tóm tắt
Trong số các rễ mịn của cây, các nhánh bên nhỏ đường kính distal bao gồm các rễ bậc một và bậc hai thiếu sự phát triển thứ cấp (gỗ). Do đó, dự kiến rằng những rễ này sẽ phân hủy nhanh hơn so với các rễ gỗ bậc cao hơn. Tuy nhiên, dự đoán này chưa được kiểm nghiệm và có thể không chính xác. Các bằng chứng hiện tại cho thấy rằng các rễ bậc thấp hơn có thể phân hủy chậm hơn so với các rễ bậc cao hơn trong các loài cây liên kết với nấm ectomycorrhizal (EM) vì chúng bị nấm xâm chiếm ưu tiên và được bao bọc bởi một lớp nấm giàu chitin (một hợp chất khó phân hủy). Ở những cây liên kết với nấm arbuscular mycorrhizal (AM), các rễ bậc thấp không hình thành lớp nấm, nhưng có thể có chất lượng carbon kém hơn, ví dụ như nồng độ carbohydrate hòa tan thấp hơn và nồng độ acid không hòa tan cao hơn so với các rễ bậc cao hơn, do đó có thể phân hủy chậm hơn. Ngoài ra, mùn với nồng độ acid không hòa tan cao phân hủy chậm hơn dưới nồng độ nitơ cao (chẳng hạn như các rễ bậc thấp). Do đó, chúng tôi đề xuất rằng ở cả cây AM và EM, các rễ bậc thấp phân hủy chậm hơn các rễ bậc cao do sự kết hợp giữa chất lượng carbon kém và nồng độ nitơ cao. Để kiểm tra giả thuyết này, chúng tôi đã xem xét sự phân hủy của sáu bậc rễ đầu tiên ở Fraxinus mandshurica (một loài AM) và Larix gmelinii (một loài EM) bằng phương pháp túi mùn ở miền Đông Bắc Trung Quốc. Chúng tôi phát hiện rằng các rễ bậc thấp của cả hai loài phân hủy chậm hơn so với các rễ bậc cao hơn, và mô hình này dường như chủ yếu liên quan đến chất lượng carbon ban đầu và nồng độ nitơ. Bởi vì các rễ bậc thấp này có tuổi thọ ngắn và do đó chiếm ưu thế trong tỷ lệ tử vong của rễ, sự phân hủy chậm của chúng hàm ý rằng một phần đáng kể trong kho hữu cơ bền vững của đất có nguồn gốc từ các rễ bậc thấp này, ít nhất là trong hai loài mà chúng tôi đã nghiên cứu.
Từ khóa
#rễ cây #phân hủy #carbon #dinh dưỡng #ectomycorrhizal #arbuscular mycorrhizal #chất lượng carbon #nồng độ nitơ #Mortality #hữu cơTài liệu tham khảo
Berg B, McClaugherty C (2003) Plant litter-decomposition, humus formation, carbon sequestration. Springer, Berlin
Bird JA, Torn MS (2006) Fine roots vs. needles: a comparison of 13C and 15N dynamics in a ponderosa pine forest soil. Biogeochemistry 79:361–382
Buysse J, Merckx R (1993) An improved colorimetric method to quantify sugar content of plant tissue. J Exp Bot 44:1627–1629
Cornelissen JHC, Aerts R, Werger BCMJA, van der Heijden MGA (2001) Carbon cycling traits of plant species are linked with mycorrhizal strategy. Oecologia 129:611–619
Dornbush ME, Isenhart TM, Raich J (2002) Quantifying fine-root decomposition: an alternative to buried litterbags. Ecology 83:2985–2990
Fahey TJ (1992) Mycorrhizae and forest ecosystems. Mycorrhiza 1:83–89
Fahey TJ, Hughes JW, Arthur MA (1988) Root decomposition and nutrient flux following whole-tree harvest of northern hardwood forest. For Sci 34:744–768
Guo DL, Mitchell RJ, Hendricks JJ (2004) Fine root branch orders respond differentially to carbon source-sink manipulations in a longleaf pine forest. Oecologia 140:450–457
Guo DL, Li H, Mitchell RJ, Han WX, Hendricks JJ, Fahey TJ, Hendrick RL (2008a) Fine root heterogeneity by branch order: exploring the discrepancy in root turnover estimates between minirhizotron and carbon isotopic methods. New Phytol 177:443–456
Guo DL, Mitchell RJ, Withington JM, Fan PP, Hendricks JJ (2008b) Endogenous and exogenous controls of root life span, mortality and nitrogen flux in a longleaf pine forest: root branch order predominates. J Ecol 96:737–745
Guo DL, Xia M, Wei X, Chang W, Shi W, Wang Z (2008c) Branch order as a predictor of root uptake capacity and mycorrhizal colonization in 23 Chinese temperate tree species. New Phytol 180:673–683
Harmon ME, Silver WL, Fasth B, Chen H, Burke IC, Parton WJ, Hart SC, Currie WS (2009) Long-term patterns of mass loss during the decomposition of leaf and fine root litter: and intersite comparison. Glob Chang Biol 15:1320–1338
Hendricks JJ, Aber JD, Nadelhoffer KJ, Hallett RD (2000) Nitrogen controls on fine root substrate quality in temperate forest ecosystems. Ecosystems 3:57–69
Hishi T (2007) Heterogenity of individual roots within the fine root architecture: causal links between physiological and ecosystem functions. J For Res 12:126–133
Hobbie SE (2000) Interactions between litter lignin and soil nitrogen availability during leaf litter decomposition in a Hawaiian montane forest. Ecosystems 3:484–494
Hobbie SE (2005) Contrasting effects of substrate and fertilizer nitrogen on the early stages of litter decomposition. Ecosystems 8:644–656
Hobbie SE (2008) Nitrogen effects on decomposition: a five-year experiment in eight temperate sites. Ecology 89:2633–2644
Langley JA, Hungate BA (2003) Mycorrhizal controls on belowground litter quality. Ecology 84:2302–2312
Levis JD, Thomas RB, Strain BR (1994) Effect of elevated CO2 on mycorrhizal colonization of loblolly pine (Pinus taeda L.) seedlings. Plant Soil 165:81–88
Magill AH, Aber JD (1998) Long-term effects of experimental nitrogen additions on foliar litter decay and humus formation in forest ecosystems. Plant Soil 203:301–311
Manzoni S, Jackson RB, Trofymow JA, Porporato A (2008) The global stoichiometry of litter nitrogen mineralization. Science 321:684–686
McClaugherty CA, Aber JD, Melillo JM (1984) Decomposition dynamics of fine roots in forested ecosystems. Oikos 42:378–386
Moorhead DL, Sinsabaugh RL (2006) A theoretical model of litter decay and microbial interaction. Ecol Monogr 76:151–174
Pregitzer KS, DeForest JL, Burton AJ, Allen MF, Ruess RW, Hendrick RL (2002) Fine root architecture of nine North American trees. Ecol Monogr 72:293–309
Waldrop MP, Zak DR (2006) Responses of oxidative enzyme activities to nitrogen deposition affects soil concentrations of dissolved organic carbon. Ecosystems 9:921–933
Wang ZQ, Guo DL, Wang X, Gu J, Mei L (2006) Fine root architecture, morphology, and biomass of different branch orders of two Chinese temperate tree species. Plant Soil 288:151–171
Weedon JT, Cornwell WK, Cornelissen JHC, Zanne AE, Wirth C, Coomes DA (2009) Global meta-analysis of wood decomposition rates: a role for trait variation among tree species? Ecol Lett 12:45–56
Wells CE, Eissenstat DM (2001) Marked differences in survivorship among apple roots of different diameters. Ecology 82:882–889
Wells CE, Glenn DM, Eissenstat DM (2002) Changes in the risk of fine-root mortality with age: a case study in peach, Prunus persica (Rosaceae). Am J Bot 89:79–87
Yu SQ (2006) Estimate of fine root lifespan for manchurian ash and dahurian larch. PhD dissertation, Northeast Forestry University, Harbin