近日，土壤学经典期刊 《Geoderma》以“Soil warming delays leaf litter decomposition but exerts no effect on litter nutrient release in a subtropical natural forest over 450 days”为题发表福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站在增温对亚热带森林凋落物分解和养分释放的研究成果。福建师范大学刘小飞高级实验师和陈仕东讲师为论文共同第一作者，刘小飞高级实验师为论文通讯作者，福建师范大学为第一署名单位。研究得到国家自然科学基金重点项目、面上项目和中国留学基金委项目的资助。
森林凋落物分解是森林生态系统中最基本的生态系统过程之一，影响着土壤碳储存、养分有效性和森林生产力。气候变化可能通过改变植物物候、凋落物质量和土壤微生物群落的组成来影响凋落物分解，进而影响土壤养分动态。然而，气候变暖对森林凋落物分解的影响尚不清楚，尤其是在温度限制较少的热带和亚热带森林生态系统中。本研究通过以三明森林生态系统国家野外科学研究观测站的天然常绿阔叶林土壤增温平台为依托，采用网袋法探讨土壤增温（+4℃）短期内（450天）对凋落物分解及其N、P养分释放的影响及微生物机制。研究结果表明，土壤增温对凋落物分解初始阶段（0-270天）的质量损失没有影响，但凋落物分解后期（第 350 至 450 天）质量损失降低12.9%（图1）。整个观测期间，增温对凋落物N和P养分的释放并没有显著影响。结构方程模型分析表明，增温降低凋落物含水量，但并不是导致凋落物分解降低的主要原因，增温可能通过降低凋落物中可萃取性有机碳和微生物生物量（例如，微生物碳和氮）以及凋落物酶活性（β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、酸性磷酸酶和酚氧化酶），从而间接降低了凋落物分解率（图2）。这些结果表明，未来气候变暖可能会减缓亚热带森林生态系统凋落物C循环，但并不影响凋落物N 和 P 养分循环。
图1 增温和对照处理中凋落物剩余质量（%）的动态变化
星号表示加增温和对照之间存在显著差异。 W：增温，T：取样时间，W×T：增温和取样时间的交互作用。
图2 温度、凋落物化学（可提取的凋落物 C 分数）、凋落物水分、凋落物微生物化学和凋落物酶活性对凋落物质量损失的结构方程模型（C2 =0.551，p = 0.759，AIC = 48.55，BIC = 89.08 )。椭圆表示潜在变量；矩形表示观测变量。箭头旁边的数字表示标准化系数。虚线表示关系不显著，实线表示关系显著；线宽对应于标准化系数的大小，红线表示正相关，蓝线表示负相关。
https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.116139
研究进展二：地上/地下凋落物添加和去除对土壤微生物残体碳的影响
近日，土壤学经典期刊 《Soil Biology & Biochemistry》以“Tree roots exert greater influence on soil microbial necromass carbon than above-ground litter in subtropical natural and plantation forests”为题发表福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站在地上/地下凋落物添加和去除对土壤微生物残体碳的影响研究成果。福建师范大学已毕业硕士研究生贾淑娴与刘小飞高级实验师为论文共同第一作者，郭剑芬教授与刘小飞高级实验师为论文共同通讯作者，福建师范大学为第一署名单位。研究得到国家自然科学基金重点项目、面上项目和中国留学基金委项目的资助。
土壤微生物残体碳（MNC）是土壤有机碳形成的重要来源，在土壤有机碳积累中起重要作用。植物来源碳包括叶片和根系凋落物以及根系分泌物，是土壤有机碳（SOC）形成的重要碳源。地上、地下碳源的数量和质量都存在差异，这些差异会影响土壤微生物生物量、群落组成以及微生物周转。然而，对亚热带天然林和人工林中，地上地下凋落物来源碳输入变化对微生物残体碳的影响仍缺乏了解。
本研究通过设置凋落物输入和清除处理（DIRT）试验，包括对照（CT）、去除地上凋落物（NL）、去除根系（NR）以及去除地上和凋落物和地下根系（NI），探讨了地上和地下凋落物输入的变化对有机碳形成的影响。我们讨论了以下两个问题：1）在土壤MNC形成过程中，地上和地下碳源的相对作用是什么；2）天然林和人工林的MNC含量如何变化，以及不同林分对地上和地下碳输入变化的响应。
图1 地上和地下碳输入产生和稳定微生物残体碳途径的概念图
结果表明，NR处理显著降低了天然林和人工林土壤总MNC、细菌(BNC)和真菌(FNC)残体碳以及MNC和FNC占SOC的比例。NL处理对两种林分的MNC、FNC和BNC占SOC的比例没有影响。NR处理降低了天然林细菌和真菌的生物量，而NL处理对天然林细菌和真菌的生物量影响不显著。NR和NI处理均显著降低两种林分的MNC和FNC, NL处理仅降低天然林的MNC和FNC以及人工林的BNC。结构方程模型表明，不同来源碳输入可通过改变土壤有效基质（DOC、NH4+）和微生物群落结构直接或间接影响MNC的积累。我们的数据表明，在中国东南部亚热带米槠天然林和人工林中，FNC对凋落物和根系碳输入变化的敏感性高于BNC，且植物根系比地上来源碳对MNC的产生和稳定有更强的影响。
图2 中国亚热带天然林和人工林土壤微生物(a)、真菌(b)、细菌(c)残体碳和真菌与细菌残体碳的比值(d)。
图3 中国亚热带天然林(a)和人工林(b)凋落物、根系、土壤性质、微生物组成，微生物生物量和微生物残体碳的关系
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108811
研究进展三：人工促进天然更新常绿阔叶林土壤有机碳维持机制研究
福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站（三明国家站）关于人工促进天然更新的研究成果“Forest conversion effects on soil organic carbon are regulated by soil aggregate stability and not by recalcitrance: Evidence from a reforestation experiment”在线发表于中科院一区刊物《CATENA》上。三明国家站胥超高级实验师和杨玉盛教授分别为论文的第一和通讯作者，台湾师范大学林登秋教授为论文共同通讯作者，三明国家站多位研究人员参与了实验开展和论文的撰写。
本研究以常绿阔叶次生林采伐迹地上建立的人工促进天然更新幼林、杉木人工幼林、米槠人工幼林为研究对象，研究不同更新方式对四种森林土壤总有机碳含量、土壤有机碳的化学组成、土壤团聚体组成、土壤团聚体平均重量直径的影响。发现较之常绿阔叶次生林，人工促进天然更新幼林土壤总有机碳含量并无明显变化，而杉木和米槠人工幼林土壤有机碳含量明显下降，而且低于人工促进天然更新幼林（图1）。三种幼林的大团聚体含量都明显降低，而且杉木和米槠人工幼林低于人工促进天然更新幼林，表明营林干扰强度增加破坏了土壤团聚结构。回归分析表明四种森林土壤总有机碳含量与土壤大团聚体数量和团聚体平均重量直径呈显著的正相关，而与土壤芳香族化合物含量无关。本研究证实了土壤有机碳的积累主要是受到土壤团聚体保护作用的调控，而与土壤有机质难分解性关系不大（图2）。人工促进天然更新幼林土壤总有机碳得以维持的原因是其土壤团粒结构对有机碳的保护作用较强。因此未来森林经营过程中因尽可能的减少人为经营干扰，宜多提倡人工促进更新经营（图3）。
图1 常绿阔叶次生林、人工促进天然更新幼林、米槠人工幼林和杉木人工幼林土壤有机碳含量。
图2 土壤有机碳含量与土壤团聚体组成、团聚体平均重量直径和土壤有机质化学组成的关系
图3 常绿阔叶次生林转换成人工促进天然更新幼林、米槠人工幼林和杉木人工幼林后土壤有机碳、土壤团聚体组成、团聚体平均重量直径和土壤有机质化学组成变化的示意图。
https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106613
