量化植物通过根系分泌物释放潜在养分的量：美国不同土壤类型和生态系统中的差异

植物通过根分泌物草酸、苹果酸和酸磷酸酶获取土壤磷，研究模拟添加这些物质于美国25个土壤剖面，发现草酸整体释放磷效率最高，酸磷酸酶最低，苹果酸在温暖湿润地区效率更高。研究揭示了不同生态条件下分泌物释放磷的效率差异，为气候变化下的磷循环模型提供依据。

　　

摘要

植物会将大量碳分配到地下，以支持水分和养分的吸收，其中大部分碳被用于根系分泌物的产生。根系分泌物的一个作用是帮助植物吸收磷，但不同分泌物能够释放出多少磷目前尚不清楚。我们使用了三种常见的分泌物——草酸、苹果酸和酸性磷酸酶（APase）——从美国各地的25个土壤样本中提取磷酸盐。这些提取物代表了特定分泌物在多种土壤类型中释放磷的“最大效率”，为生物地球化学模型和地表模型提供了上限，以模拟与分泌物相关的养分流动。研究结果表明，不同地点和土壤深度下，分泌物释放磷酸盐的效率存在显著差异。总体而言，草酸的提取效率最高，且在较深的土层中效率更高，这可能是由于深层土壤中矿物结合的磷含量较高所致。酸性磷酸酶的提取效率最低，其效率通常随深度增加而降低，并且与土壤有机碳的关联更为紧密。苹果酸的提取效率介于两者之间，其随深度的变化趋势与酸性磷酸酶更为相似。在年平均温度和降水量较高的地区，苹果酸和酸性磷酸酶的提取效率也会提高。这项研究强调了不同生态系统中介质化合物释放土壤磷效率的差异性，为理解气候变化或土地利用条件下的养分动态提供了理论框架。

通俗语言总结

植物在根系分泌物的产生上投入了大量能量，这些分泌物有助于植物吸收磷等养分。虽然许多研究探讨了不同植物种类产生的分泌物类型，但我们对植物通过产生这些分泌物所获得的养分回报了解甚少。我们在来自美国各地的土壤中添加了三种常见的分泌物（草酸、苹果酸和酸性磷酸酶），以评估它们使磷可供植物利用的效率。研究发现，其中两种分泌物在湿润和温暖地区的磷释放效率较高。总体而言，草酸的磷释放效率最高，而酸性磷酸酶的效率最低；不过研究结果也表明，这些分泌物释放土壤磷的效率在不同地点和同一地点内部都存在显著差异。

利益冲突

作者声明与本研究无关的利益冲突。

数据可用性声明

本研究使用的所有数据和分析代码均已存档在Zenodo平台上（Keen等人，2025），公众可通过https://doi.org/10.5281/zenodo.17860454获取。