基于ATR-FTIR光谱与元素分析的落叶-针叶混合凋落物分解互作机制研究

本研究通过ATR-FTIR光谱与元素分析技术，揭示了欧洲混交林中落叶与针叶凋落物分解过程的互作机制。研究人员在四种森林类型中采集不同分解阶段（L/F/H层）的栎树、山毛榉和松树凋落物样本，发现落叶凋落物促进松针分解（尤其在H层），而松针抑制栎树凋落物分解（F层显著）。该研究为混交林养分循环调控及碳封存管理提供了分子层面的理论依据。

　　

森林生态系统中，凋落物分解是碳和养分循环的核心环节，尤其在落叶与针叶树种混交的森林里，不同凋落物类型的相互作用可能加速或抑制分解过程。然而，这种互作如何影响分子层面的化学转化，以及如何随分解阶段变化，仍是未解之谜。传统研究多关注单一物种凋落物或简单混合体系，缺乏对自然条件下多物种互作及其化学机制的系统解析。

针对这一科学问题，西班牙巴利亚多利德大学可持续森林管理研究所（iuFOR）的研究团队在欧洲四个气候梯度站点展开研究，通过结合衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和元素分析技术，揭示了栎树（Quercus sp.）、山毛榉（Fagus sylvatica）和欧洲赤松（Pinus sylvestris）凋落物在纯林与混交林中的分解动态及其分子机制。研究发现，落叶凋落物能显著促进松针在腐殖化层（H层）的分解，而松针则抑制栎树凋落物在发酵层（F层）的降解。这些发现为理解混交林生态系统的养分循环提供了新视角，相关成果发表在《Forest Ecology and Management》。

研究采用多尺度技术路线：首先在70个样地（纯林与不同松树比例的混交林）采集L/F/H层凋落物，通过Voronoi多边形确定树种影响范围；利用元素分析仪测定总有机碳（TOC）、总氮（TN）和总磷（TP）；采用ATR-FTIR检测19个特征峰（如芳香族C=C键1512 cm^-1、脂肪族C-H键2919 cm^-1）；最后通过广义线性混合模型（GLMM）分析树种组成、森林类型和松树比例对分解的影响。

【土壤性质】四种土壤剖面（ Umbrisol/Regosol/Podzol）显示，蒙格罗尼森林钙质土pH达8.5，而其他站点呈酸性（pH 3.5-6.4），为分解环境差异提供背景。

【凋落物化学变化】TOC随分解进程递减，H层TOC/TN比显著低于L层（p<0.001），表明碳矿化增强。ATR-FTIR显示芳香族化合物（1512 cm^-1）在H层富集，脂肪族峰（2919 cm^-1）衰减，印证化学趋同假说。

【松树凋落物效应】混交林中松针使栎树F层TOC升高15%（p<0.05），A1729 cm^-1（羧基）峰增强，A1031 cm^-1（多糖）峰减弱，表明分解受阻。GLMM显示松树比例与脂肪族峰呈正相关（β=0.32, p<0.01），证实其抑制效应。

【落叶凋落物效应】山毛榉促进松针H层分解，TOC降低12%（p<0.01），A1259 cm^-1（酚类）和A1370 cm^-1（羧酸盐）峰显著减弱，反映木质素降解加速。

讨论部分指出，松针通过高TOC/TN比（>40）和酚类物质抑制栎树分解，而落叶凋落物可能通过提升N/P有效性激活共代谢。该研究创新性地将分子光谱与生态过程关联，为混交林设计提供理论依据：松-栎混交需调控比例以避免F层碳滞留，而松-山毛榉组合可促进H层腐殖化。未来研究需结合酶活性与微生物组数据，以揭示互作背后的生物学机制。