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不同质量凋落物对退化地马尾松林土壤有机碳激发效应的影响研究成果，以“Input of high-quality litter reduces soil carbon losses due to priming in a subtropical pine forest”为题，发表于土壤学科排名第一期刊Soil Biology and Biochemistry (SCI一区Top, IF=9.7)。该成果是三明站生态恢复与全球变化研究课题组，在前期发现低质量凋落物导致土壤有机碳水平提升受限(Lyu et al., 2019; Plant Soil)、高质量凋落物诱导的激发效应是低质量凋落物的140%(Lyu et al., 2019; Funct. Ecol.)、不同质量凋落物控制着土壤有机碳分解和补充的权衡(Lyu et al., 2023; J. Ecol.)等研究基础上，进一步采用13C同位素示踪技术与微生物磷脂脂肪酸定量分析相结合以研究添加不同质量凋落物如何改变微生物群落组成从而影响土壤有机碳矿化。我院生态恢复与全球变化研究课题组2020级生态学本科生李诗婷为论文第一作者，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等资助。
森林生态系统中不同质量凋落物对土壤有机碳的分解和形成具有不同的影响，决定着土壤有机碳的积累。我们先前相关研究发现，经过人工恢复多年的马尾松林，土壤有机质含量仍处于较低水平，认为可能是因为低质量的马尾松凋落物难以分解，微生物碳利用效率低，故不利于有机质形成和积累。因此，我们试图探究在退化的马尾松林模拟原位输入高质量的凋落物会如何影响土壤有机碳的分解。
鉴于此，本研究以在侵蚀退化地上经过40多年的植树造林等生态恢复措施恢复的马尾松纯林为研究对象，通过向马尾松林土壤中添加13C标记的低质量马尾松凋落叶和高质量木荷凋落叶，开展为期185天的野外原位培养实验，探究不同凋落物输入所诱导的激发效应的差异以及高质量凋落物对土壤有机碳的分解的影响。
研究发现：在培养前期，低质量凋落物和高质量凋落物诱导的激发效应分别受微生物“氮挖掘”机制和“协同代谢”机制主导。随着培养时间的延长，由微生物对凋落物或土壤有机质的优先利用主导激发效应，这取决于添加凋落物的质量。当添加低质量凋落物时，土壤微生物集中在易分解的凋落物组分上，从而促进土壤有机碳分解。随着凋落物的剩余成分更难分解，微生物转向分解土壤有机质，最终以微生物残体等形式返回土壤，形成新的土壤有机质。因此，土壤有机质的损失在一定程度上由凋落物的输入和微生物碳的形成来平衡。高质量凋落物被土壤微生物优先转化利用，缓解养分的限制，减弱了激发效应以促进有机碳积累。综上所述，种植或混交具有相对高质量凋落物的树种可能是提高南方红壤区退化马尾松林土壤固碳存的重要途径。
图1 不同质量凋落物分解对土壤激发效应的影响
图2 高低质量凋落物在马尾松松林土壤微生物中的分配
图3 随机森林模型和方差分解分析了微生物群落组成和结构对激发效应的相对重要性
图4 马尾松林原位低凋落物和高凋落物添加诱导激发效应(PEs)机制动态变化的概念图
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109444
