Углубление понимания подземного распределения углерода и его эффективности для усвоения питательных веществ

Растения направляют значительную часть продуктов фотосинтеза в корни и почву, полагаясь на взаимодействие корней, почвы и микробов для усвоения азота (N) и фосфора (P), необходимых для роста надземной части.

Известно, что углеродные затраты растений на усвоение питательных веществ различаются у азотфиксирующих и неазотфиксирующих растений, а также у растений с арбускулярной и эктомикоризой, и этот процесс зависит от доступности почвенных ресурсов. Однако количественных данных о соотношении затрат углерода и усвоения питательных веществ на границе корня и почвы все еще недостаточно.

Профессор Ван Пэн и научный сотрудник Лу Цзяюй из Института прикладной экологии Китайской академии наук совместно с исследователями из команды доктора Фейке А. Дейкстры Сиднейского университета (Австралия) количественно оценили подземное распределение углерода на поддержание функций корней и углеродную эффективность усвоения питательных веществ (CENA) — количество азота или фосфора, получаемое на единицу подземных углеродных затрат.

Используя стабильные изотопные метки ¹³C и ¹⁵N, они измерили общие подземные углеродные затраты растений, усвоение питательных веществ и CENA у райграса пастбищного (Lolium perenne) и клевера ползучего (Trifolium repens) с внесением фосфорных удобрений в почву и без него.

Результаты исследования:

• У обоих видов почти половина подземных углеродных затрат направлялась на ризосферное дыхание, 37% — на рост корней, а 14% — на ризодепозицию (секрецию и отмирание корней).
• По сравнению с усвоением питательных веществ из почвы, бобовое растение (Trifolium repens) благодаря биологической фиксации азота и более сильному ризосферному прайминг-эффекту способно получать азот и фосфор при меньших углеродных затратах.
• Внесение фосфорных удобрений повышало CENA растений для получения фосфора, но снижало CENA для усвоения азота.

Авторы подчеркивают необходимость лучшего понимания подземного распределения углерода и его эффективности для усвоения азота и фосфора. Это позволит улучшить прогнозы глобальных моделей углеродного цикла и поможет в разработке агропрактик для повышения урожайности и эффективности использования удобрений.

Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Plant Science.