长江流域季节性淹水沼泽地1米深土壤中造林抑制芳香环裂解并促进土壤有机碳固存

为解决湿地造林后深层土壤有机碳(SOC)固存机制不明确的问题，中国科学院研究人员通过宏基因组学和代谢组学技术，揭示了杨树造林通过降低芳香环裂解(ARC)基因丰度和维持木质素酚类物质，显著提升1米深土层SOC含量(增加23.1%)。该研究首次阐明ARC功能基因在植物源碳固存中的调控作用，为全球气候变化背景下的碳汇管理提供新视角。

　　

在全球气候变化背景下，土壤作为最大的陆地碳库，其有机碳动态备受关注。长江流域季节性淹水的沼泽湿地，既是重要的生态屏障，又是碳循环研究的热点区域。尽管已有研究表明造林能提升表层土壤碳储量，但占土壤碳库70%以上的深层土壤(1-3米)如何响应造林活动，特别是植物源顽固性碳组分（如木质素）的转化机制，始终是悬而未决的科学难题。

中国林业科学研究院团队在《Applied Soil Ecology》发表的研究，首次揭示了杨树造林通过微生物基因调控网络重塑，抑制深层土壤芳香环裂解途径，从而促进木质素酚积累和有机碳固存的全新机制。研究采用多组学联用策略，包括：1) 基于宏基因组测序解析CAZymes和ARC功能基因谱；2) 靶向/非靶向代谢组学定量木质素酚标志物；3) 1米深土壤剖面采样结合稳定同位素示踪技术。

【Site description】
在洞庭湖毗邻的君山区设置6种植被类型的对比样地，采样深度达1米。该区域年均降水1417毫米，土壤有机质含量8.43 g/kg，通过嵌套方差分析确认造林地(AF)与非造林地(N-AF)存在显著差异。

【Soil lignin phenol and organic carbon】
关键发现包括：1) 造林地SOC含量较对照提升23.1%(p<0.001)，木质素酚浓度同步增加35.8%；2) 木质素降解指标(Ad/Al)_v和(Ad/Al)_s显著降低，证实芳香环结构完整性更好；3) SOC与木质素酚呈显著正相关(r=0.82)，表明植物源碳输入主导固存过程。

【Afforestation inhibits ARC genes】
宏基因组分析揭示：1) CAZymes基因家族中参与木质素降解的AA(辅助活性酶)类减少41.2%；2) 芳香环裂解关键基因ligB、catE等丰度下降52-67%；3) 低氧环境(<2 mg/L)和生态位压缩是抑制微生物分解活性的主因。

结论部分指出，该研究建立了"造林-微生物功能基因抑制-木质素酚积累-SOC固存"的完整因果链条。特别值得注意的是，1米深土层每公顷可额外固存12.3吨碳，相当于全球造林项目估算值的3.2倍。这一发现不仅修正了传统"深层碳惰性"理论，还为《巴黎协定》框架下的国家自主贡献(NDC)提供了可量化的科学依据。讨论中强调，季节性淹水造成的物理保护和生物化学抑制双重效应，可能是维持碳库稳定的核心机制，这对全球3.5亿公顷类似湿地的碳管理具有普适性指导意义。