森林类型主导海拔梯度上土壤溶解性有机质动态变化——以横断山脉为例

本研究针对高山森林生态系统中土壤溶解性有机质(DOM)动态调控机制不清的科学问题，通过横断山脉海拔梯度(2600-3500 m)的野外调查，揭示了阔叶林土壤溶解有机碳(DOC)含量显著高于针叶林，且干季由土壤NH4 + -N主导、湿季由凋落物特性调控的DOM动态规律，为预测气候变化下高山生态系统碳循环提供了重要理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，高山森林生态系统作为重要的碳汇，其土壤碳循环过程备受关注。土壤溶解性有机质(DOM)虽然仅占土壤有机质的2%，却是最活跃的碳库组分，在陆地生态系统碳循环中扮演着关键角色。然而，高山地区森林类型和海拔梯度如何共同调控DOM动态，特别是季节性变化规律及其驱动机制，仍是当前研究的薄弱环节。横断山脉作为全球生物多样性热点地区，其典型的垂直植被带分布为探究这一问题提供了理想场所。

云南大学的研究团队在横断山脉玉龙雪山开展了系统研究，通过沿海拔梯度(2600-3500 m)设置针叶林(华山松、云南松)和阔叶林(川滇高山栎、灰背栎)样地，采集干湿两季土壤样品，综合运用紫外-可见光谱、荧光光谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)等技术，揭示了森林类型主导的DOM动态变化规律及其驱动机制。

研究采用的关键技术包括：1)沿海拔梯度设置样地并进行季节性采样；2)运用紫外-可见光谱测定芳香化指数(AI)；3)采用荧光光谱分析腐殖化指数(HIX)、荧光指数(FI)和生物指数(BIX)；4)通过FT-ICR MS解析DOM分子组成；5)结合结构方程模型(SEM)分析环境因子对DOM的调控作用。

【土壤DOM含量及光谱特征沿海拔梯度的变化】
研究发现阔叶林土壤DOC含量显著高于针叶林，且在湿季普遍高于干季。HIX与DOC含量变化趋势一致，而AI则呈现相反规律。FI值(1.54-1.82)和BIX值表明DOM来源为植物与微生物的混合输入，但分子组成分析进一步证实植物来源占主导地位。

【土壤DOM分子特征沿海拔梯度的变化】
FT-ICR MS分析显示，木质素/CRAM-like结构化合物占DOM总量的59%-86%，其次是单宁(6%-22%)。CHO类化合物是主要功能基团(干季60.69-69.15%，湿季65.26-80.49%)。阔叶林土壤DOM分子的不饱和度和氧化态高于针叶林，湿季也高于干季。

【土壤DOM动态的驱动因素】
方差分解分析(VPA)表明，干季81.65%的DOM变异由土壤性质(特别是NH₄
⁺
-N)解释，而湿季83.40%的变异由凋落物特性(主要是叶片DOC)主导。SEM分析进一步验证了干季土壤性质(59%)和湿季凋落物特性(90%)的关键作用。

研究结论表明，森林类型而非海拔梯度主导了土壤DOM动态，这一发现对理解高山生态系统碳循环具有重要意义。具体而言：1)阔叶林通过高质量凋落物输入促进了DOM积累；2)季节性驱动机制分化明显，干季受土壤NH₄
⁺
-N调控，湿季由凋落物特性主导；3)DOM分子组成以植物来源的木质素/CRAM-like结构为主。该研究为预测气候变化下不同森林类型土壤碳固存潜力提供了科学依据，尤其强调了植被组成变化可能对高山生态系统碳循环产生的深远影响。