胡杨林发育促进植物与微生物源碳对荒漠土壤有机碳的贡献机制解析

为解决干旱区胡杨林发育过程中土壤有机碳(SOC)来源不明及驱动机制不清的问题，研究人员通过生物标志物(氨基糖和木质素酚)技术，系统研究了不同林龄(5、15、30、105年)胡杨林两个土层(0-20 cm和20-40 cm)的碳积累特征。发现植物源碳对SOC贡献(2.2-17.8%)显著高于微生物源碳(1.1-13.1%)，且真菌源碳贡献大于细菌源碳。该研究为极端干旱区森林碳汇管理提供了理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，荒漠生态系统碳循环机制研究一直是生态学领域的难点。作为干旱区"活化石"的胡杨(Populus euphratica)，其独特的抗旱耐盐特性使其成为维系荒漠绿洲生态平衡的关键物种。然而，长期以来科学家们面临一个核心难题：在极端干旱条件下，胡杨林发育过程中土壤有机碳(SOC)究竟主要来自植物凋落物还是微生物代谢产物？这种碳分配模式又如何响应环境变化？这些问题直接关系到干旱区碳汇功能的准确评估。

新疆大学干旱生态环境研究所的科研团队在《Applied Physiology Nutrition and Metabolism》发表的最新研究，通过创新性地结合生物标志物技术和林龄序列法，首次揭示了胡杨荒漠林发育过程中碳源分配的动态规律。研究选取塔里木国家级自然保护区4个典型林龄阶段(幼龄林YGF、中龄林MDF、近熟林NMF、过熟林OMF)的胡杨林，采用氨基糖(AS)作为微生物残体碳标志物、木质素酚(VSC)作为植物源碳标志物，结合土壤理化性质测定和酶活性分析，系统解析了0-20 cm和20-40 cm土层的碳积累机制。

关键技术包括：(1)林龄梯度法建立时空替代序列；(2)气相色谱-质谱联用(GC-MS)测定生物标志物；(3)酚氧化酶活性检测；(4)土壤粒径分级技术。样本来自塔里木河流域自然保护区的原生胡杨林(40°55′-41°15′N, 84°15′-85°30′E)。

生长参数与土壤特性
研究发现，随着林龄增长，胡杨平均胸径(DBH)、树高和地上生物量(AGB)显著增加。过熟林OMF的0-20 cm土层总氮(TN)、总磷(TP)含量显著高于其他林龄(p < 0.05)，而20-40 cm土层的铵态氮(NH₄⁺)含量随林龄增加呈下降趋势。值得注意的是，OMF的粉粒-黏粒含量在两个土层均显著高于YGF(p < 0.05)，这为碳稳定提供了物理保护基质。

林龄对SOC的影响
研究打破了"SOC随林龄单调增加"的传统认知。数据显示，虽然植物源碳(VSC)和微生物源碳(AS)对SOC的贡献均随林龄增加而提升，但在0-20 cm土层，植物源碳贡献率(17.8%)远超微生物源碳(13.1%)。真菌源碳(以葡萄糖胺GluN为标志)的贡献始终高于细菌源碳(胞壁酸MurA)，GluN/MurA比值揭示真菌主导的微生物群落结构。

驱动机制解析
植物源碳积累与地上生物量(AGB)和土壤养分(TN、TP)显著相关，而微生物源碳变化主要受粉粒-黏粒含量调控。酚氧化酶活性随林龄增强的现象，暗示木质素降解能力提升可能促进微生物残体形成。研究首次证实，在极端干旱条件下，植物源碳通过生物量输入主导SOC积累，而微生物源碳则依赖矿物保护实现稳定。

这项研究为理解荒漠生态系统碳循环提供了新视角：(1)量化了不同生物源碳对SOC的差异化贡献；(2)揭示了干旱胁迫下"植物输入主导-矿物保护辅助"的碳积累模式；(3)建立了林龄-土壤特性-碳组分的三维关联模型。尽管存在未涵盖成熟林(MF)的局限，但研究成果对制定干旱区森林碳汇管理策略具有重要指导价值，特别是为"碳中和"目标下的荒漠植被恢复提供了理论支撑。