The role of rhizosphere pH in regulating the rhizosphere priming effect and implications for the availability of soil-derived nitrogen to plants

Resumo

Contexto e Objetivos: Uma compreensão abrangente do efeito priming da rizosfera (RPE) sobre a decomposição do carbono orgânico do solo (SOC) requer a integração de muitos fatores. Não está claro como a mudança no pH do solo induzida pela forma de N afeta o RPE e o sequestro de SOC.

Métodos: Este estudo comparou a mudança no RPE sob fornecimento de NO₃-N e NH₄-N. O efeito do RPE sobre a mineralização do N do solo e, portanto, sua disponibilidade para plantas e microrganismos, também foi examinado usando uma fonte de N marcada com ¹⁵N.

Resultados Principais: O fornecimento de NH₄-N diminuiu o pH da rizosfera em 0,16–0,38 unidades e resultou em um RPE diminuído ou negativo. Em contraste, a nutrição com NO₃-N aumentou o pH da rizosfera em 0,19–0,78 unidades e levou a um RPE persistentemente positivo. As quantidades de C primado na rizosfera foram positivamente correlacionadas com o pH da rizosfera. O pH da rizosfera afetou o RPE principalmente através da influência sobre a biomassa microbiana, atividade e utilização de exsudatos radiculares, e a disponibilidade de SOC para os microrganismos. Além disso, a quantidade de C primado na rizosfera correlacionou-se negativamente com o átomo% ¹⁵N da biomassa microbiana (R² 0,77–0,98, n = 12), sugerindo que os microrganismos na rizosfera atuaram como o sumidouro imediato para o N liberado da decomposição aprimorada de SOC via RPE.

Conclusão: A forma de N foi um fator importante que afetou a magnitude e a direção do RPE através de seu efeito sobre o pH da rizosfera. O pH da rizosfera precisa ser considerado na modelagem de SOC e RPE.

Abstract

Background and Aims
A comprehensive understanding of the rhizosphere priming effect (RPE) on the decomposition of soil organic carbon (SOC) requires an integration of many factors. It is unclear how N form-induced change in soil pH affects the RPE and SOC sequestration.
Methods
This study compared the change in the RPE under supply of NO3-N and NH4-N. The effect of the RPE on the mineralization of soil N and hence its availability to plant and microbes was also examined using a 15N-labelled N source.
Key Results
The supply of NH4-N decreased rhizosphere pH by 0.16–0.38 units, and resulted in a decreased or negative RPE. In contrast, NO3-N nutrition increased rhizosphere pH by 0.19–0.78 units, and led to a persistently positive RPE. The amounts of rhizosphere-primed C were positively correlated with rhizosphere pH. Rhizosphere pH affected the RPE mainly through influencing microbial biomass, activity and utilization of root exudates, and the availability of SOC to microbes. Furthermore, the amount of rhizosphere primed C correlated negatively with microbial biomass atom% 15N (R2 0.77–0.98, n = 12), suggesting that microbes in the rhizosphere acted as the immediate sink for N released from enhanced SOC decomposition via the RPE.
Conclusion
N form was an important factor affecting the magnitude and direction of the RPE via its effect on rhizosphere pH. Rhizosphere pH needs to be considered in SOC and RPE modelling.