土壤有机碳（SOC）动态变化是全球碳循环和气候反馈的关键调控因子。造林被广泛认为是促进SOC固持的基于自然的气候解决方案。但其对土壤木质素和微生物残体碳的动态影响，以及在颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MAOC）积累中的作用尚未明确。近日，中国科学院亚热带农业生态研究所李德军团队在这一领域取得新进展：研究揭示了在钙质土壤中，造林通过微生物残体碳显著促进了POC和MAOC的同步积累，而非传统认为的植物残体主导POC、微生物残体主导MAOC的分离路径。
研究发现，与玉米地相比，人工林POC和MAOC含量分别增加了265%和136%。此外，土壤微生物残体碳在POC中增加224%，在MAOC中增加96%，均超过木质素的增幅（POC中100%，MAOC中66%）。通过随机森林模型与结构方程模型揭示了造林促进土壤碳积累的三条协同路径：其一，通过增加植物残体输入和降低木质素氧化促进木质素的积累；其二，通过增加微生物生物量驱动微生物残体碳的积累；其三，交换性钙含量显著上升，强化了对SOC的物理化学保护。多项证据一致表明，造林后驱动POC和MAOC积累的主导因素是微生物残体碳，而非木质素。
本研究聚焦钙质土壤，修正了传统SOC形成的“双路径”框架，提出在富钙土壤中，造林并非简单地将植物残体分配给POC、将微生物残体分配给MAOC，而是通过微生物碳泵机制，将植物源碳转化为微生物源碳，同时贡献于两类碳库。这一发现强调了地球系统模型需整合微生物介导的POC与MAOC积累机制，以提高对全球变化下土壤碳动态的预测准确性。该成果已发表在Journal of Applied Ecology期刊，第一作者为朱梓弘博士后，标题为Microbial necromass dominates particulate and mineral-associated organic carbon accumulation in calcareous soil following afforestation。
研究区域14个采样点的空间分布示意图