凋落物底物不仅决定了碳组分和养分释放，影响土壤微生物群落结构和酶介导的生物地球化学过程，也是土壤有机质（SOM）的重要来源。吴福忠教授团队长期聚焦凋落物输入与土壤有机质形成的耦合关系，在福建三明国家野外站建立了凋落物输入微宇宙实验（Litter Input Microcosm Experiment, LIME），对不同底物的凋落物输入调控土壤有机质形成过程开展了系统研究，目前取得部分进展。
（1）评估了凋落物易分解碳释放对土壤有机质形成的贡献。凋落物是森林SOM的主要来源，凋落物中易分解碳组分的快速释放在其分解早期起主导作用。为了阐明凋落物不同碳组分释放对SOM形成的作用，本研究开展了为期2.5年的凋落物输入微宇宙实验，以评估香樟凋落物分解过程中碳组分释放规律，并进一步分析其对SOM形成的影响。研究发现：香樟凋落物中不同碳组分的释放规律存在显著差异，这些差异导致土壤中不同碳组分对凋落物分解的响应不同。具体表现为非结构性碳组分显著增加，但总有机碳含量未发生显著变化。此外，土壤颗粒态有机质（POM）对凋落物碳输入具有正响应（但不显著），表明植物源碳组分在进入土壤后可能会优先形成POM。这些结果为亚热带森林SOM形成机制提供了理论依据。研究成果以Labile carbon release from plant litter and its effect on soil organic matter formation in a subtropical forest为题发表于Plant and Soil，2020级本科生赖硕钿（现就读于北京大学）为第一作者，倪祥银研究员为通讯作者。
（2）量化了淋溶作用对不同森林土壤肥力衰退的影响。中国亚热带森林面积约占国土面积的四分之一，然而大部分亚热带天然林已经转变为单一栽培的人工林。天然林的转变导致土壤养分有效性降低，然而人工林种植后土壤养分淋失对土壤肥力下降的机制尚不明确。本研究对比了原生演替序列中的米槠（Castanopsis carlesii）次生林、米槠人工林和杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林土壤可溶性养分和盐基离子的淋失规律，发现：杉木人工林土壤可溶性有机碳、铵、钾、铝和铁淋失量显著高于米槠次生林和米槠人工林，杉木人工林土壤DOC淋失量比米槠次生林高32%，但凋落物的存在导致杉木人工林土壤总磷淋失量降低了40%。进一步分析发现，杉木人工林根系凋落物的作用使土壤DOC淋失量降低了9%，表明凋落物在调节土壤碳淋失方面具有重要作用。研究结果揭示了淋溶作用在土壤肥力衰退过程中的关键影响，尤其是在原生阔叶林转变为杉木人工林的生态系统中，养分淋失显著降低了土壤肥力。研究指出，通过调控根系和凋落物动态，可以有效减缓土壤养分淋失速率，这一策略对于人工林生态系统土壤肥力固持具有重要意义。研究成果以Nutrient leaching after subtropical forest conversions and its implications for soil fertility为题发表于Forest Ecology and Management，博士后Haroon Rashid为第一作者，倪祥银研究员为通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foreco.2024.122044
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（3）揭示了功能基因上调介导样点尺度上凋落物分解的微生物途径。凋落物分解在局域范围上受到土壤微生物群落的调控，然而微生物的哪个关键过程直接贡献于凋落物分解过程中的碳释放尚不明确。本研究在团队前期建立的LIME平台上，以45和10年生米槠（Castanopsis carlesii）次生林为研究对象，评估了米槠凋落物分解过程中土壤微生物生物量、分类学组成、alpha多样性、网络复杂性和碳降解功能基因的动态变化。发现：当凋落物分解约70%时，短期凋落物输入对土壤磷脂脂肪酸、细菌和真菌分类学群落组成、α多样性指数和网络拓扑性质的影响不显著。然而，凋落物输入触发了约70.96%参与淀粉、果胶、半纤维素、纤维素、几丁质和木质素分解的碳降解功能基因丰度上调，并且与土壤α-1.4-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶的活性强烈相关。结果表明，亚热带森林土壤碳降解功能基因通过其编码的特定降解酶驱动凋落物分解过程中碳释放，为深入认识样点尺度上凋落物分解的微生物机制提供了重要依据。研究成果以Top-down gene upregulation and not microbial community diversity in explaining local-scale litter decomposition为题发表于Biology and Fertility of Soils，2023级硕士研究生黄兴洲为第一作者，倪祥银研究员为通讯作者。
原文链接：http://doi.org/10.1007/s00374-024-01857-2
（4）厘清了凋落物底物与土壤胞外酶活性和生态化学计量特征的耦合关系。土壤胞外酶介导了凋落物分解过程中碳（C）和氮（N）、磷（P）等养分释放。然而，亚热带常绿阔叶林转变为人工林所引起的凋落物底物输入的差异如何调控土壤胞外酶活性和酶化学计量特征仍不清晰。本研究在团队前期建立的LIME平台上，以亚热带10年生米槠和杉木人工林为研究对象，分析了不同底物的凋落物输入对β-葡萄糖苷酶（BG）、纤维二糖水解酶（CBH）、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和酸性磷酸酶（AP）５种土壤胞外酶活性及其化学计量特征的影响。发现：与无凋落物相比，米槠凋落物输入对土壤酶活性、酶化学计量和矢量特征均无显著影响。相反，杉木人工林凋落物输入使5月份土壤AP活性显著提高1.7％，使10月份酶化学计量C/N和N/P分别降低11.7％和10.3％，使10月份土壤酶向量角增加至53.8°，表明杉木人工林土壤微生物受到P限制。此外，米槠人工林土壤DOM以及杉木人工林土壤MBC和MBN是土壤胞外酶活性响应凋落物输入的主要因子，证明凋落物底物强烈调控土壤养分及微生物生物量周转，改变土壤胞外酶活性。研究结果表明，凋落物输入可以刺激微生物分泌更多的胞外酶，促进凋落物中Ｃ、Ｎ、Ｐ释放，且低质量的杉木凋落物输入在短期内更能刺激土壤胞外酶的分泌，加快凋落物分解。研究成果以“米槠和杉木人工林土壤酶活性和酶化学计量特征对凋落物输入的短期响应”为题发表于《应用生态学报》，2023级博士研究生艾灵为第一作者，倪祥银研究员为通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.13287／j.1001-9332.202403.014
