综述：植物多样性与土壤中颗粒态和矿物结合态有机质之间未被充分探索的联系

这篇综述创新性地探讨了植物多样性通过多重机制调控土壤碳库的动态过程，重点解析了其对颗粒态有机质（POM）和矿物结合态有机质（MAOM）形成的差异化影响。作者提出“环境依赖性”理论框架（如碳饱和状态、气候限制等），强调植物多样性对土壤碳储量的调控需结合微生物性状（如碳利用效率CUE）、溶解性有机质（DOM）输入等关键生物地球化学过程，为生物多样性恢复和土壤碳汇管理提供新视角。

　　

植物多样性与土壤碳库的隐秘关联

植物多样性对土壤碳储量的影响长期存在争议。最新研究表明，这种复杂性源于植物多样性通过截然不同的途径调控土壤中颗粒态有机质（POM）和矿物结合态有机质（MAOM）的动态——这两类有机质在形成机制、周转时间和环境响应上存在显著差异。

植物多样性如何塑造颗粒态有机质？

POM主要由部分分解的植物残体构成，其积累受植物生产力、凋落物分解速率和生物扰动三重控制。高多样性植物群落往往通过以下途径影响POM：

• 输入量增加：物种互补性使混交林和多样化草地的凋落物产量提升30-50%，尤其深层细根（<2mm直径）直接贡献POM
• 分解悖论：凋落物混合效应既可延缓分解（酚类-蛋白质复合物形成）也可加速分解（资源互补效应），具体取决于凋落物化学多样性（如木质素/N比梯度）
• 动物介导转运：多样性驱动的蚯蚓数量增加可使凋落物向矿质土壤的转移速率提高2-3倍

有趣的是，植物多样性通过改变凋落物氮含量（社区加权N值）和微生物性状（如磷脂脂肪酸生物量增加15-20%）产生的级联效应，可能使POM动态呈现显著的环境特异性。

矿物结合态有机质的形成密码

MAOM因其与矿物表面的结合而具有世纪尺度的稳定性，但其形成过程对植物多样性更为敏感：

• 溶解性有机质泵：多样性促进的根系性状分化（如比根长增加35%）使根际沉积量提升，其中芳香族化合物更易被矿物表面吸附
• 微生物工厂假说：多样性驱动的土壤微环境优化（如温度波动降低2-3°C）可提高微生物碳利用效率（CUE达0.4-0.6），促进微生物残体积累
• 矿物表面博弈：在近饱和土壤中（C负载量>2mg C/m²），新增DOM可能通过置换作用反而加速原有MAOM的流失

环境背景决定多样性效应

作者提出革命性的三维情景假说：

1. 输入限制型土壤（如新成土、农业土壤）：植物多样性通过增加生产力（+40%生物量）和深层根系分布（+50cm），使POM和MAOM同步增加，总碳储量提升20-30%
2. 近饱和型土壤（如老龄林）：MAOM形成接近理论阈值（约4.5mg C/m²），多样性效应主要体现在POM积累（有机层增厚1-2cm）
3. 特殊生态系统：寒带泥炭地中，多样性驱动的微气候稳定化可能意外加速POM分解（温度每升1°C分解率增10%）

未来研究的破局之路

为实现精准预测，亟待开展：

• 同位素示踪技术：如¹³C脉冲标记区分地上/地下输入贡献
• 跨气候带实验：涵盖从砂质土（<5%粘土）到火山灰土（>60%非晶质矿物）的基质梯度
• 功能组解析：固氮植物与菌根类型（AM vs. ECM）的交互作用

这项系统性研究为理解“生物多样性-土壤功能”关系提供了全新维度，特别强调将土壤有机质分组（POM/MAOM）作为解析多样性效应的关键切入点，对应对气候变化下的生态系统管理具有重要指导意义。