树种多样性增加可促进森林土壤有机碳累积。由于不同来源和化学特性的土壤有机碳组分在累积机制上存在差异，探讨植物和微生物源有机碳如何响应植物物种多样性，对深入理解土壤有机碳库的形成及累积机制具有重要的意义。中国科学院亚热带农业生态研究所李德军研究员团队在广西木论国家级自然保护区的成熟森林利用自然形成的树种多样性梯度建立了45个样方，分别以木质素酚和氨基糖为分子标志物研究了树种多样性对土壤中植物源碳和微生物源残体碳的影响，结合植物和土壤基本理化性质、土壤矿物以及微生物属性，阐释了树种多样性增加对不同来源有机碳累积的影响机制。
研究成果一：树种多样性增加促进土壤微生物残体碳累积但不影响其对土壤有机碳库的贡献
以往针对植物物种多样性促进土壤有机碳累积的机制多从植物凋落物输入角度阐释。微生物在土壤有机碳形成与维持方面起着重要作用，但很少有研究从微生物角度阐释植物物种多样性变化背景下土壤有机碳形成和累积机制。我们发现微生物残体碳对土壤有机碳的贡献平均为54.2 22.2%，其中真菌残体碳含量和贡献均显著高于细菌残体碳（图1）。树种多样性通过调节土壤和微生物特性显著促进微生物残体碳的累积，但对残体碳在土壤有机碳中的比例没有显著影响。结构方程模型分析表明，树种多样性虽然显著促进了土壤微生物活体生物量，但后者对微生物残体碳累积没有直接影响；树种多样性促进微生物残体碳主要是通过增强钙镁矿物对残体碳的保护作用（图1）。
本研究以Increasing plant species diversity enhances microbial necromass carbon content but does not alter its contribution to soil organic carbon pool in a subtropical forest为标题发表于Soil Biology and Biochemistry（2023，187，109183）。已出站博士后钱宗耀为论文的第一作者，李德军研究员为通讯作者。合作者包括李研妮（已毕业硕士）、杜虎副研究员和王克林研究员。研究得到了国家自然科学基金（U21A2007，42177250）、中国博士后科学基金（2021M693385）和广西“八桂学者”项目支持。
图1 树种多样性促进喀斯特森林土壤微生物残体碳累积的机理示意图
研究成果二：树种多样性增加促进土壤木质素累积的机制
植物源碳-木质素在土壤中的累积由多个过程决定，包括植物凋落物输入、降解和保存。本研究发现木质素含量随树种多样性的增加而增加，且受上述三条机制的调节（图2）。首先，地下凋落物输入（以细根生物量为指标）随树种多样性的增加而增加，表明木质素的输入量随树种多样性相应增加。其次，矿物保护有助于增加土壤有机质的稳定，从而有助于木质素累积。树种多样性增加促进了土壤交换性Ca和Mg的水平，增强了对木质素的保护作用，也有助于土壤木质素累积。最后，树种多样性增加促进了土壤碳的可利用水平，微生物碳限制程度下降，微生物相应减少合成与分泌氧化酶以通过解聚木质素等多聚体有机质获取碳源，从而对木质素的降解减少，最终有助于土壤木质素的累积。
本研究以High plant species diversity enhances lignin accumulation in a subtropical forest of southwest China为标题发表于Science of The Total Environment（2023，865，161113）。已出站博士后钱宗耀博士为论文的第一作者，李德军研究员为通讯作者。合作者包括谷瑞（在读硕士生）和高坤（在读博士生）。研究得到了国家自然科学基金（U21A2007，42177250）、中国博士后科学基金（2021M693385）和广西“八桂学者”项目支持。
图2 树种多样性促进喀斯特森林土壤木质素累积的机理示意图