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土壤有机碳(SOC)分解调控着大气CO2浓度及土壤-气候反馈。土壤团聚体的物理保护是控制SOC分解的重要机制之一，但受团聚体粒径大小及周转动态的影响。根系活动产生的根际激发效应(RPE)对SOC分解的改变是陆地生态系统中普遍存在的现象。然而，根系驱动的土壤团聚体动态与RPE之间的关系仍不清楚。因此，探讨植物-土壤系统中二者之间的关联将有助于深化对SOC分解过程及其机制的理解，提高预测SOC动态的能力。
在本研究中，通过在温室中进行的两组试验，分别从团聚体粒径和团聚体周转两个角度来研究土壤团聚体与RPE之间的关联。试验一，将冰草（Agropyrum cristatum，C3植物）种植在从C4土壤中湿筛分出来的3组不同粒径大小的团聚体中(＞1mm、0.25-1mm和＜0.25mm)，并测定了植物生长、RPE、土壤净N矿化、微生物生物量碳、氧化酶活性及团聚体数量的净变化，以阐明团聚体粒径大小对RPE的影响及其潜在的原因。试验二，将冰草和洽草（Koeloria cristata，C3植物）种植在由标记有不同稀土氧化物的4组团聚体组分(＞1mm、0.25-1mm、0.053-0.25mm、＜0.053mm)混合而成的C4土壤中。通过同时量化团聚体的周转速率和RPE，区分根系对形成和破碎过程的影响，揭示根系驱动的团聚体周转与RPE的关联，验证RPE的团聚体周转假说。结果发现:
(1)团聚体粒径大小显著地改变了根际激发效应。冰草产生的RPE强度范围为47％～106％，小团聚体的RPE显著低于大团聚体和微团聚体。与对照相比，根系显著提高了团聚体（尤其是小团聚体）的净N固持。激发的净N矿化与RPE呈显著的正相关。根系与团聚体粒径的交互作用显著地影响了微生物生物量碳(MBC)和氧化酶活性，且土壤源呼吸与MBC和氧化酶活性显著正相关。根系显著降低了小团聚体处理中团聚体的破碎，意味着相对较少的团聚体保护的碳的释放。这些结果表明，土壤团聚体粒径大小可通过改变土壤净N矿化、微生物活性和团聚体动态变化影响RPE。
(2)活根强烈地影响团聚体的形成和破碎过程，强度与植物种类和生长时期有关。第40天时，与不种植的对照相比，根系使大团聚体的破碎降低25％，尤其是向微团聚体的破碎降低了60％，但对大团聚体的形成无显著影响。随植物生长（自第40天至第63天），根系的影响存在种间特异性:冰草根系仅使其他团聚体向大团聚体的形成平均增加了88％;洽草根系使大团聚体向微团聚体和粉粘粒组分的破碎分别增加了105％和88％，而微团聚体和粉粘粒组分向大团聚体的形成分别增加754％和544％。因此，洽草处理中大团聚体和微团聚体的周转速率分别比冰草处理高29％和68％。通过稀土氧化物示踪，首次在根系-土壤系统中直接量化了根系对团聚体周转动态的影响，并区分了形成与破碎过程，表明植物生长和种类在影响团聚体周转动态发挥重要作用。
(3)根系驱动的团聚体周转与根际激发效应具有明显的关联。冰草和洽草的RPE范围为-29％～163％，受植物生长与种类的显著影响。第63天时，治草处理的RPE、MBC和DOC均显著高于冰草处理。土壤源呼吸与MBC，团聚体周转速率与MBC及土壤源呼吸显著正相关，表明根系加速的团聚体周转加快了团聚体保护的碳的释放，继而促进微生物生长和RPE。根系对土壤及团聚体碳含量无显著影响，但降低了大团聚体的δ13C值（尤其是洽草），意味着根系加速的团聚体形成过程促进了根源碳在新的大团聚体中的累积。因此，提出了一个以根系驱动的团聚体周转为核心的SOC动态逻辑框架，即根系驱动的团聚体周转通过提高RPE加速SOC分解，也通过团聚体的形成促进新碳的固持。
通过直接量化根系驱动的团聚体动态和RPE，不仅首次验证了团聚体周转假说，证实了植物根系及其根际过程与土壤团聚体动态紧密相连。为了系统阐明根际激发效应的影响机制，揭示SOC的保护与分解的平衡关系，未来研究要更多的关注根系与土壤结构动态的耦合关系及其在土壤碳氮循环中的调控作用。
在本研究中，通过在温室中进行的两组试验，分别从团聚体粒径和团聚体周转两个角度来研究土壤团聚体与RPE之间的关联。试验一，将冰草（Agropyrum cristatum，C3植物）种植在从C4土壤中湿筛分出来的3组不同粒径大小的团聚体中(＞1mm、0.25-1mm和＜0.25mm)，并测定了植物生长、RPE、土壤净N矿化、微生物生物量碳、氧化酶活性及团聚体数量的净变化，以阐明团聚体粒径大小对RPE的影响及其潜在的原因。试验二，将冰草和洽草（Koeloria cristata，C3植物）种植在由标记有不同稀土氧化物的4组团聚体组分(＞1mm、0.25-1mm、0.053-0.25mm、＜0.053mm)混合而成的C4土壤中。通过同时量化团聚体的周转速率和RPE，区分根系对形成和破碎过程的影响，揭示根系驱动的团聚体周转与RPE的关联，验证RPE的团聚体周转假说。结果发现:
(1)团聚体粒径大小显著地改变了根际激发效应。冰草产生的RPE强度范围为47％～106％，小团聚体的RPE显著低于大团聚体和微团聚体。与对照相比，根系显著提高了团聚体（尤其是小团聚体）的净N固持。激发的净N矿化与RPE呈显著的正相关。根系与团聚体粒径的交互作用显著地影响了微生物生物量碳(MBC)和氧化酶活性，且土壤源呼吸与MBC和氧化酶活性显著正相关。根系显著降低了小团聚体处理中团聚体的破碎，意味着相对较少的团聚体保护的碳的释放。这些结果表明，土壤团聚体粒径大小可通过改变土壤净N矿化、微生物活性和团聚体动态变化影响RPE。
(2)活根强烈地影响团聚体的形成和破碎过程，强度与植物种类和生长时期有关。第40天时，与不种植的对照相比，根系使大团聚体的破碎降低25％，尤其是向微团聚体的破碎降低了60％，但对大团聚体的形成无显著影响。随植物生长（自第40天至第63天），根系的影响存在种间特异性:冰草根系仅使其他团聚体向大团聚体的形成平均增加了88％;洽草根系使大团聚体向微团聚体和粉粘粒组分的破碎分别增加了105％和88％，而微团聚体和粉粘粒组分向大团聚体的形成分别增加754％和544％。因此，洽草处理中大团聚体和微团聚体的周转速率分别比冰草处理高29％和68％。通过稀土氧化物示踪，首次在根系-土壤系统中直接量化了根系对团聚体周转动态的影响，并区分了形成与破碎过程，表明植物生长和种类在影响团聚体周转动态发挥重要作用。
(3)根系驱动的团聚体周转与根际激发效应具有明显的关联。冰草和洽草的RPE范围为-29％～163％，受植物生长与种类的显著影响。第63天时，治草处理的RPE、MBC和DOC均显著高于冰草处理。土壤源呼吸与MBC，团聚体周转速率与MBC及土壤源呼吸显著正相关，表明根系加速的团聚体周转加快了团聚体保护的碳的释放，继而促进微生物生长和RPE。根系对土壤及团聚体碳含量无显著影响，但降低了大团聚体的δ13C值（尤其是洽草），意味着根系加速的团聚体形成过程促进了根源碳在新的大团聚体中的累积。因此，提出了一个以根系驱动的团聚体周转为核心的SOC动态逻辑框架，即根系驱动的团聚体周转通过提高RPE加速SOC分解，也通过团聚体的形成促进新碳的固持。
通过直接量化根系驱动的团聚体动态和RPE，不仅首次验证了团聚体周转假说，证实了植物根系及其根际过程与土壤团聚体动态紧密相连。为了系统阐明根际激发效应的影响机制，揭示SOC的保护与分解的平衡关系，未来研究要更多的关注根系与土壤结构动态的耦合关系及其在土壤碳氮循环中的调控作用。