红锥人工林恢复过程中土壤微生物源碳与植物源碳的差异化积累机制及其对土壤有机碳稳定的影响

本研究针对红锥(Castanopsis hystrix)人工林恢复过程中土壤有机碳(SOC)组成动态不清的科学问题，通过氨基糖(微生物源C)和木质素酚(植物源C)生物标志物分析，揭示了SOC组成从植物主导转向微生物主导的演变规律，为亚热带人工林碳汇管理提供了理论依据。

　　

在应对气候变化的全球背景下，森林生态系统作为重要的碳汇备受关注。红锥(Castanopsis hystrix)作为中国亚热带地区广泛种植的速生树种，其人工林在恢复过程中表现出显著的土壤碳积累能力。然而，这些碳究竟来自植物还是微生物？不同来源的碳对土壤碳库稳定性有何影响？这些关键科学问题长期困扰着生态学家。传统观点认为木质素等植物源碳因其难降解特性更易在土壤中保存，但近年研究发现微生物残体通过矿物结合等机制可能具有更强的稳定性。这一认知转变使得解析土壤碳来源组成成为预测长期碳汇潜力的关键。

中国科学院华南植物园的研究人员通过创新性地结合生物标志物分析和多因子驱动机制解析，在《Journal of Plant Ecology》发表了突破性成果。研究选取6-34年不同林龄红锥人工林，采用氨基糖(微生物源C)和木质素酚(植物源C)作为特异性生物标志物，结合磷脂脂肪酸(PLFAs)分析和酶活性测定，系统揭示了土壤碳组成随林龄和土层的演变规律。

关键技术方法包括：1) 在中国广东龙眼洞林场建立6个林龄梯度(6-34年)的红锥人工林样地；2) 分层(0-10 cm和20-30 cm)采集土壤样品；3) 高效液相色谱(HPLC)测定氨基糖；4) CuO氧化-气相色谱联用分析木质素酚；5) 酶活性检测和PLFAs分析评估微生物特性。

【土壤氨基糖与木质素酚的差异化积累模式】
研究发现氨基糖/SOC比值在表层土呈单峰变化，而木质素酚/SOC比值在所有土层均随林龄下降。这导致氨基糖/木质素酚比值随林龄显著增加，尤其在底层土(20-30 cm)增幅达2.3倍。

【关键驱动因素解析】
冗余分析表明：表层土中微生物残体形成效率和CBH:POX酶比是主要驱动因子；底层土则受凋落物量、BG酶活性和土壤无机氮共同调控。结构方程模型显示：林龄通过改变植物特性(效应值0.34)间接调控碳组成，而土层深度通过影响土壤特性(效应值0.48)和微生物特性(效应值0.51)直接驱动分化。

【微生物残体形成效率的核心作用】
研究首次发现底层土较高的黏粒含量提升了微生物残体形成效率(较表层土高37%)，这是导致微生物源碳在深层土壤优势积累的关键机制。与之对比，虽然表层土微生物生物量(PLFAs)更高，但较低的残体形成效率反而削弱了微生物碳贡献。

这项研究从根本上改变了人们对人工林碳汇形成机制的认识：1) 证实微生物源碳比植物源碳更易在土壤中长期保存；2) 揭示残体形成效率而非微生物生物量是决定微生物碳贡献的关键参数；3) 建立了"林龄-植物特性-微生物过程"的级联调控框架。这些发现为发展基于过程的地球系统模型提供了新参数，对制定亚热带人工林固碳增汇策略具有重要指导价值。