硅肥施用提升杉木林生态系统颗粒态与矿物结合态有机碳的固存机制

针对森林生态系统硅肥施用对土壤有机碳(SOC)固存机制不清的科学问题，本研究通过0/70/140 kg Si ha-1梯度实验，揭示硅肥通过促进杉木生长(生物量提升1.5倍)、增加木质素和氨基糖等生物标志物，显著提升POC(增幅47.8%)和MAOC(增幅16.2%)含量，为森林碳汇管理提供新策略。

　　

在全球气候变化背景下，森林土壤作为陆地生态系统最大的活性碳库，其固碳潜力备受关注。然而，传统氮磷钾肥对土壤碳库的调控机制已较为明晰，而作为地壳第二大元素的硅(Si)在森林碳循环中的作用却长期被忽视。特别是在中国南方广泛种植的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林中，硅肥施用能否像农业系统那样促进土壤有机碳(SOC)固存，成为亟待解决的科学难题。

福建农林大学的研究团队在《Forest Ecology and Management》发表的研究给出了答案。通过为期两年的田间试验，研究人员设置0、70和140 kg Si ha^-1三个处理组，综合运用土壤理化分析、微生物群落测序(Chao1指数评估α多样性)和生物标志物检测等技术，首次系统揭示了硅肥对杉木林SOC组分的影响机制。

实验设计与方法
研究在福建顺昌县国有林场建立试验样地，采集0-20 cm土层样品。通过物理分组法分离颗粒态有机碳(POC, >53 μm)和矿物结合态有机碳(MAOC, <53 μm)，结合磷脂脂肪酸(PLFA)分析微生物群落，并采用结构方程模型(SEM)解析各因子间因果关系。

主要研究结果

1. 树植物生长与发育：硅肥使杉木净生物量增长达1.5倍，树高和地径分别增加1.06倍和1.26倍，140 kg ha^-1处理效果最显著。
2. 土壤特性变化：有效硅含量提升驱动土壤pH值、铵态氮(NH₄⁺-N)和水分含量增加，同时促进丛枝菌根真菌(Glomeromycota)等特定微生物类群增殖。
3. 碳组分响应：70和140 kg ha^-1处理分别使POC增加37.2-47.8%，MAOC提升9.6-16.2%，总SOC增幅达12.0-15.7%。木质素和氨基糖含量显著提高。
4. 机制解析：SEM模型证实硅有效性通过"植物生物量→凋落物输入→微生物转化"途径，同步促进POC(物理保护)和MAOC(矿物吸附)的形成。

结论与意义
该研究创新性地提出硅肥通过三重机制增强森林碳汇：① 直接促进乔木生长增加碳输入；② 改善土壤微环境加速有机质转化；③ 通过硅-矿物-有机质相互作用稳定碳组分。特别是发现硅肥能同时提升传统认为"此消彼长"的POC和MAOC组分，这一发现为破解森林碳库管理中的"碳组分权衡困境"提供了新思路。研究成果不仅为亚热带人工林碳汇提升提供了可操作性强的硅肥施用方案，更从元素循环耦合角度拓展了全球变化背景下陆地碳循环的理论框架。