山东农业大学高鹏课题组揭示海岸带脆弱区防护林土壤有机碳分解与固定的碳动力学机制

责编 | 王一

近日，山东农业大学林学院高鹏课题组在Journal of Environmental Management在线发表了题为Carbon isotopic measurements from coastal zone protected forests in northern China: Soil carbon decomposition assessment and its influencing factors的研究论文。该研究利用稳定同位素技术研究了海岸带脆弱区防护林土壤有机碳分解速率及其影响碳动力学因素，并应用高通量测序技术阐明了海岸带脆弱区防护林土壤有机碳分解与土壤微生物群落间关联效应，揭示了海岸带脆弱区防护林土壤有机碳分解与固定的碳动力学机制。

海岸带防护林是海岸带脆弱区生态修复的重要手段之一，海岸带防护林土壤固碳功能及其的影响机制研究，对海岸带防护林功能与质量提升工程的实施具有重要指导作用。目前，由碳排放增加导致的全球变暖问题不仅可以通过减少碳排放来抵消，还可以通过封存二氧化碳(CO₂)来抵消，而土壤有机碳（SOC）是海岸带防护林生态系统整体碳汇流入大气的最后一步，对其土壤碳库分解特征与影响机制进行研究可以加深对海岸带防护林碳循环的理解和认识。

图1 海岸带防护林土壤Δδ¹³C和ln（-β）的变化特征

研究者对青岛市典型海岸带防护林植物、凋落物和土壤的δ¹³C值的变化特征进行了研究。计算了各立地植物叶片、凋落物和土壤中δ¹³C值与有机碳含量对数值的线性关系的斜率(β值)。研究结果表明，土壤有机碳含量从叶片到凋落物再到土壤剖面呈下降趋势，而δ¹³C值呈上升趋势，δ¹³C值的平均极差（Δδ¹³C）为6.96。树种组成导致海岸带防护林土壤有机碳分解速率的显著变化（图 1）。β值与土壤细菌的多样性和丰富度呈显著正相关，支持了δ¹³C随深度增加主要是微生物有机碳分解过程中同位素分馏所致的假说（图2）。结构方程模型表明，氮和氮的有效性对β值有很强的解释能力，表明氮基土壤变量在影响土壤有机碳分解中起重要作用（图3）。另外，碳氮比通过影响细菌的多样性和丰富度进一步影响土壤有机碳分解速率，真菌在该过程中的作用不显著（图2, 图3）。

图2 海岸带防护林SOC和δ¹³C与影响因素的关联性

综上所述，作者认为基于β值预测土壤有机碳分解的方法适用于海岸带防护林土壤碳动力学研究，本研究为自然条件下海岸带防护林土壤有机碳分解的研究提供了新的思路。同时将土壤变量纳入全球碳循环模型可能会加强对海岸带脆弱区防护林有机碳动态的预测能力。

图3 海岸带防护林土壤理有机碳分解速率与驱动因素的结构方程模型

山东农业大学张子胥博士为该研究的第一作者，高鹏教授为通讯作者。该研究受山东省农业科技资金项目和国家林业和草原局泰山森林生态系统国家定位观测研究站监测项目的资助支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479721017114?via%3Dihub