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Bioenergetic control of soil carbon dynamics across depth

Authors :
Ludovic Henneron
Jerôme Balesdent
Gaël Alvarez
Pierre Barré
François Baudin
Isabelle Basile-Doelsch
Lauric Cécillon
Alejandro Fernandez-Martinez
Christine Hatté
Sébastien Fontaine
Etude et Compréhension de la biodiversité (ECODIV)
Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)
Unité Mixte de Recherche sur l'Ecosystème Prairial - UMR (UREP)
VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Centre européen de recherche et d'enseignement des géosciences de l'environnement (CEREGE)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Collège de France (CdF (institution))-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Laboratoire de géologie de l'ENS (LGENS)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Institut des Sciences de la Terre de Paris (iSTeP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel-Université Grenoble Alpes (UGA)
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Géochrononologie Traceurs Archéométrie (GEOTRAC)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Nature Communications, Nature Communications, 2022, 13 (1), pp.7676. ⟨10.1038/s41467-022-34951-w⟩
Publication Year :
2023
Publisher :
Copernicus GmbH, 2023.

Abstract

Soil carbon dynamics is strongly controlled by depth globally, with increasingly slow dynamics found at depth. The mechanistic basis remains however controversial, limiting our ability to predict carbon cycle-climate feedbacks. Combining radiocarbon and thermal analyses with long-term incubations in absence/presence of continuously 13C/14C-labelled plants, we show here that bioenergetic constraints of decomposers consistently drive the depth-dependency of soil carbon dynamics over a range of mineral reactivity contexts. The slow dynamics of subsoil carbon was tightly related to both its low energy density and high activation energy of decomposition, leading to an unfavorable ‘return-on-energy-investment’ for decomposers. We also observed strong acceleration of millennia-old subsoil carbon decomposition induced by roots (‘rhizosphere priming’), showing that sufficient supply of energy by roots is able to alleviate the strong energy limitation of decomposition. These findings demonstrate that subsoil carbon persistence results from its poor energy quality together with the lack of energy supply by roots due to their low density at depth. These findings provide insights into the bioenergetic control of SOC persistence and indicate that an increase in plant rooting depth induced by global change could threaten the storage of millennia-old SOC in deep layers.

Details

ISSN :
20411723
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Communications, Nature Communications, 2022, 13 (1), pp.7676. ⟨10.1038/s41467-022-34951-w⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....211fb28c8321cc4638d97e9f3b80eb92