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冯月博士在揭示阔叶红松林不同发育阶段土壤中木质素的保护机制上取得新紧张
作者: 长白山站 更新时间: 2020-04-08

森林植被发育过程中,植物残体基质组成以及土壤微生物群落结构均相应改变,导致土壤团聚体分布发生变化,从而对土壤有机碳固存和稳定性产生显著影响。因此,开展土壤团聚体不同颗粒中有机质的含量和降解程度的研究,对森林群落发育下土壤碳截获过程和机制研究具有重要意义。土壤团聚结构和稳定性受植物根系生长周转和真菌菌丝缠绕等因素影响,且根系和微生物亦调控着土壤有机质的输入和分解。近年来科研人员通过对全土和不同土壤组分中难降解化合物的分析,研究了不同植被类型对土壤有机质变化的影响。然而,对根系周转、微生物组成、植物残体化学组分和团聚体分布之间的相互作用尚缺乏全面认识。

中国科学院沈阳应用生态研究所界面生态组(张军辉团队)以源自植物组织的木质素作为特征指标,以长白山阔叶红松林5个发育阶段土壤中大团聚体、微团聚体和粘粉颗粒为研究对象,采用CuO氧化法和气相色谱-质谱联用技术测定了各土壤颗粒中木质素酚类化合物的种类、数量和氧化程度。且结合根系生物量、周转速率及微生物种类和数量等林地其它参数,采用空间替代时间的方法,系统分析了土壤团聚体对植物源有机质的保护作用随阔叶红松林发育的变化机制。

结果发现,在先锋树种林地中,2-8 mm的大团聚体占全土干重的45.17-59.87%,其有机碳含量为全土有机碳的40.22-60.89%。阔叶红松成熟林土壤中小型大团聚体(0.25-2 mm)的质量分数和有机碳含量增加,且与其他林地相比,该林地全土和团聚体中木质素氧化程度较低(图1)。在239年老龄林的全土中碳和木质素含量达到最高,但其土壤团聚结构最差,有56.18%的有机碳和84.17%的木质素集中在粘粉颗粒中。结果表明,阔叶红松林发育过程中,随着植物残体化学组成、细根生物量和周转速率、微生物生物量的变化,土壤有机碳的固持和木质素的保护作用逐渐从大团聚体转移至粘粉颗粒,从而促进植被发育下有机碳的长期积累。本研究以木质素作为桥梁,揭示了土壤团聚体的碳固持与植被变化驱动的植物残体碳输入之间的密切联系。

研究结果以“Variation in soil lignin protection mechanisms in five successional gradients of mixed broadleaf-pine forests”为题于作为封面文章发表在Soil Science Society of America Journal(图2)上。沈阳生态所冯月助理研究员为第一作者,河南大学韩士杰教授为通讯作者,沈阳生态所张军辉研究员等为合作作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等多个项目的支持。

1 阔叶红松林发育各阶段林地全土和团聚体颗粒中木质素酸醛比(a)和木质素不同酚类单体比值(b)。

2 土壤学期刊Soil Science Society of America Journal84卷、第1期封面,所选图片为先锋树种林地。

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