華南植物園在森林土壤有機碳積累機制研究取得新進展
土壤有機碳來源于地表植被的光合作用，生物量碳輸入量決定著土壤有機碳積累的觀點幾乎是全球碳平衡模型的一個基石。然而，越來越多的證據顯示，生物量碳的積累與土壤有機碳的積累并不總是同步或等效的，較高的生物量或凋落物產量并不一定意味著較高的土壤有機碳儲量。以往關于碳輸入的研究中可能缺失了某些制約土壤有機碳積累的關鍵環節。
中科院華南植物園鼎湖山站熊鑫博士在周國逸教授和張德強研究員的指導下，選取了南亞熱帶森林處于不同演替階段的兩個植物群落：馬尾松（Pinus massoniana）林（先鋒群落）和季風常綠闊葉林（頂級群落）；通過15年（2000–2015年）的持續監測，調查了δ13C值和有機碳儲量在植物-土壤系統中的年際變化，借助同位素混合模型，量化了植被類型對土壤有機碳輸入和存儲過程的影響，旨在從生態系統的尺度闡明森林土壤有機碳的積累機制。研究發現：1）與演替早期的馬尾松林相比，處于演替后期的季風常綠闊葉林中凋落物碳氮比顯著降低；2）盡管兩個林型間年均凋落物產量沒有顯著差異，但季風常綠闊葉林中凋落物分解產物向土壤轉移的比例顯著高于馬尾松林，二者分別為38.7 ± 3.3%和28.0 ± 2.1%，導致季風常綠闊葉林中土壤的新碳凈輸入量顯著高于馬尾松林；3）馬尾松林土壤有機碳主要集中在表層（0–20cm），而季風常綠闊葉林中土壤有機碳沿剖面的分布更為均勻，有利于土壤有機碳的保存。研究結果表明，演替后期的成熟林其土壤碳庫擁有更為豐富的有機碳源，且土壤有機碳的存儲環境更加穩定。
該研究首次提出，凋落物分解過程中的產物去向，而非凋落物產量，決定了土壤有機碳的賦存狀態；高質量的凋落物其分解產物向土壤轉移的比例更高。研究者認為，凋落物質量和土壤含水量是影響南亞熱帶森林土壤有機碳積累過程的主要因子。隨著森林演替的進行，凋落物質量越來越高，土壤理化性質發生改變；不僅為土壤提供了更為豐富的有機碳源，也為土壤有機碳的存儲提供了更適宜的環境，使得成熟森林土壤依然具有較高的碳匯潛力。
相關研究結果已發表在國際生態學主流期刊Journal of Applied Ecology（IF2019=5.84，生態學15/168）上。該研究得到國家自然科學基金、中科院前沿科學重點項目以及南京信息工程大學高端人才引進專項資金等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/1365-2664.13747
圖1 不同林型間土壤有機碳δ13C沿時間序列的變化
