三明站在凋落物质量调控土壤有机质分解与形成的互补效应方面取得重要进展
近日，福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站研究人员有关凋落物质量对亚热带高多样性森林土壤有机碳分解与形成的互补效应的调控作用研究成果，以“Litter quality controls tradeoffs in soil carbon decomposition and replenishment in a subtropical forest”为题，发表在国际著名生态学期刊Journal of Ecology上。吕茂奎副研究员为第一作者，谢锦升教授和陈光水教授为共同通讯作者，福建师范大学为第一署名单位。该研究得到了国家自然科学基金重点项目和面上项目的资助。
高多样性森林的高生产力和高碳汇功能已逐渐被证实，其中重要的机制是高多样性森林中不同树种间的存在功能互补效应，进而提高森林生产力。然后，高多样性森林生态系统中不同树种凋落物如何影响土壤有机碳（SOC）的分解与形成仍然不清楚。由于物种丰富的森林可以产生不同碳和氮组成（即质量）的凋落物，这在土壤有机碳的长期积累与稳定中发挥核心作用，然而，凋落物的整个分解过程中不同质量凋落物对土壤中老碳分解和新碳形成的影响是否存在互补效应，更是知之甚少。其重要的原因之一可能是缺乏野外原位长期示踪实验，无法明确不同树种的不同质量凋落物分解过程凋落物源碳的去向（新碳形成）和土壤原有SOC的分解（激发效应）。
鉴于此，本研究以三明站武夷山监测点的针阔混交林为研究对象，采用13C同位素示踪技术，在野外条件下研究了不同质量凋落物在整个分解过程中对土壤激发效应的影响，追踪凋落物源碳在土壤颗粒态有机碳（POM）和矿物结合态有机碳（MAOM）的分配，揭示不同质量凋落物对物种丰富森林SOC分解与形成的影响机制。
研究发现：在凋落物分解的早期阶段，低质量凋落物的碳输入通过产生正激发效应(即新的碳输入导致原SOC的分解)减少了SOC，但这些损失的碳恰好被高质量凋落物分解过程中通过负激发效应减少的SOC分解所抵消。相反，这一模式在分解后期发生逆转——高质量凋落物引起的正激发效应导致的有机碳损失被低质量凋落物引起的负激发效应所抵消（图1）。在凋落物完全分解过程中，高质量和低质量凋落物都促进了原有土壤POM相关的有机碳的分解，但也补充了土壤MAOM的形成。总的来说，低质量凋落物形成的新SOC是高质量凋落物的两倍(24%和12%；图2)。本研究将激发效应的概念从促进原生有机碳损失为主的负面作用扩展到补充持久有机碳的功能作用。我们的研究结果表明，在物种丰富的森林中，高质量和低质量的凋落物分解在POM的更新中发挥着相反但动态互补的作用——通过诱导其分解和形成——同时更利于MAOM的形成，这可以帮助解释凋落物质量的差异如何有利于SOC的积累和持久性（图3）。全球变化引起植物群落组成的改变可能最终会影响土壤碳的命运，因为凋落物质量的变化可能迫使土壤从汇向源或从源向汇转变。
图1 凋落物(a)和土壤来源的碳(b)分配给颗粒有机质(POM)和矿物相关有机质(MAOM)组分
图2 凋落物源碳的去向(a)和高低质量凋落物形成SOC的效率(b).
图3 物种丰富的森林中土壤有机质损失和形成的概念框架图
原文链接: https://doi.org/10.1111/1365-2745.14167
