近日，福建三明森林生态系统国家野外科学观测站研究人员有关林下植被芒萁提高侵蚀退化地马尾松林恢复过程中土壤有机碳积累关键机制的研究成果，以“Understory ferns removal downregulates microbial carbon use efficiency and carbon accrual in previously degraded lands”为题发表在林学权威期刊Agricultural and Forest Meteorology。该成果是在前期采用分子技术发现芒萁对侵蚀退化地马尾松林土壤有机碳的贡献高达54-61%（Lyu et al., 2019; SBB）和微生物学驱动机制（Lu et al., 2023; Sci. Total Environ.）基础上，进一步通过长期监测（7年）去除芒萁对土壤有机碳分解和积累的机理过程。我院2021级博士生邓翠为论文第一作者，吕茂奎副研究员和谢锦升教授为共同通讯作者。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。
退化土壤具有较大的固碳潜力，森林恢复能显著增加退化土壤碳积累。在森林恢复过程中，林下蕨类植物（芒萁）能快速定殖并覆盖到林下层，作为森林的重要组成部分，能改变地上地下生物量输入和凋落物质量，改变微生物代谢特征，调控土壤呼吸，进而影响土壤有机碳的积累，然而其对土壤有机碳积累机制仍不清楚。
鉴于此，本研究以亚热带退化地恢复的马尾松林为研究对象，选取了马尾松林恢复序列：未治理的退化地VC-0、VC-2002（2002年治理）和VC-1984样地（1984年治理），通过7年（2014-2021年）的林下芒萁去除和对照实验，探究土壤有机碳储量、土壤呼吸及微生物代谢特征等的变化。
研究发现：7年芒萁去除后SOC储量分别下降了37.2%、13.9%和22.7%（图1和3）。在2015年至2018年的3年时间里，与对照组相比，VC-2002的蕨类植物去除土壤呼吸显著降低了25.8%，但对VC-0和VC-1984的土壤呼吸没有显著影响（图2）。VC-0和VC-1984的细根生物在去除蕨类植物第5年（2019年）后显著下降（图3）。此外，芒萁的去除显著提高了碳和氮降解酶的活性，降低了微生物碳利用效率，提高土壤矿化潜力表明蕨类植物的清除会增加SOC的分解。我们的研究结果表明，在恢复前期VC-0和后期VC-1984，蕨类植物的去除可能会增加SOC驱动的CO2排放，抵消根系呼吸减少，但在恢复中期VC-2002则不然，导致不同恢复阶段土壤呼吸对林下蕨类植物去除的不同反应（图3）。我们的研究强调了在评估森林恢复对土壤碳循环的影响时，需要结合林下植物探究土壤碳分解和积累过程。
图1林下芒萁去除7年过程中不同恢复年限马尾松林土壤有机碳储量变化及其与年降雨量的关系。
在VC-0（未治理地，a）、VC-2002（2002年治理，恢复12-19年，b）、VC-1984样地（1984年治理，恢复30-37年，c）中的变化
图2林下芒萁去除对不同恢复年限马尾松林土壤呼吸速率和年通量的影响
年降雨量（AR）值来自土壤呼吸监测期
图3森林恢复过程中林下芒萁去除对土壤呼吸、微生物碳利用效率和SOC储量影响的概念图
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109631
