北方泥炭地木质凋落物分解通过酶活性调控土壤碳循环的机制研究

针对气候变暖背景下北方泥炭地木质植物扩张导致的碳平衡不确定性问题，研究人员通过100天室内培养实验，探究了4种植物（灌木与乔木）茎根凋落物输入对CO2排放的影响。结果表明，木质凋落物使CO2排放增加130%-210%，且树型与根凋落物因低C/N比分解更快。该研究为评估气候变暖对泥炭地碳循环的影响提供了理论依据。

　　

北方泥炭地作为全球重要的碳汇，储存着超过500 Gt的碳，占全球土壤有机碳库的33%。然而，气候变暖正深刻改变着这片“碳银行”的生态格局——随着温度上升，木质植物（如灌木和乔木）在泥炭地中加速扩张，其凋落物输入可能打破原有的碳平衡。这些富含氮磷的木质残体就像一把双刃剑：既能通过微生物活动促进碳分解，又可能因理化特性差异产生截然不同的温室气体排放效应。目前，关于木质凋落物如何通过酶活性驱动泥炭地土壤碳循环的研究仍存在空白，这正是中国科学院团队在《Applied Soil Ecology》发表的最新研究要解决的核心问题。

研究团队选取了中国大兴安岭泥炭地的典型植物：两种灌木（笃斯越橘Vaccinium uliginosum和甸杜Chamaedaphne calyculata）与两种乔木（白桦Betula platyphylla和落叶松Larix gmelinii），采集其茎、根凋落物与泥炭土壤进行100天的室内培养实验。通过控制温度和土壤湿度梯度，结合CO₂排放监测及酶活性分析，系统评估了凋落物类型与环境因子的交互作用。

关键方法
实验设计包含三大技术模块：（1）凋落物特性分析：测定C/N/P化学计量比及木质素含量；（2）多因子培养系统：设置5°C、15°C、25°C三个温度梯度和30%、60%、90%三种土壤含水量；（3）动态监测：通过气相色谱法量化CO₂通量，并检测β-葡萄糖苷酶（BG）等关键土壤酶活性。

研究结果

1. 凋落物输入显著激发碳排放
   所有木质凋落物均使泥炭土CO₂排放激增130%-210%，但未改变土壤原有的温度敏感性（Q₁₀）。其中乔木凋落物的累计排放量比灌木高18.7%，根凋落物排放量较茎凋落物高22.3%，这与根凋落物更低的C/N比（均值35.2 vs 茎凋落物48.7）直接相关。

2. 植物类型与器官的分解差异
   白桦根凋落物表现出最快的分解速率（k=0.012 day^?1），而甸杜茎凋落物最慢（k=0.006 day^?1）。酶活性分析揭示，乔木凋落物处理的β-葡萄糖苷酶活性较对照高3.1倍，且与CO₂排放呈显著正相关（R²=0.73）。

3. 环境因子的调控作用
   温度每升高10°C，凋落物分解速率增加1.8-2.4倍；而土壤湿度从90%降至30%时，氧化酶活性提升47%，导致木质素降解加速。这种水分效应在乔木凋落物中更为显著。

结论与意义
该研究首次量化了北方泥炭地木质凋落物输入通过酶活性途径对土壤碳分解的贡献。研究发现：（1）木质植物扩张将显著增加泥炭地CO₂排放，且乔木比灌木、根系比茎秆凋落物的影响更大；（2）环境变暖会通过提升酶活性（尤其是氧化酶）进一步放大这种效应。这些发现为预测气候变暖情景下泥炭地碳汇-源转换提供了关键参数，对完善全球碳循环模型具有重要价值。正如通讯作者Xianwei Wang指出：“未来需要重点关注木质植物群落演替对泥炭地碳库稳定性的长期影响。”