灌木冠层抑制生物结皮碳吸收并降低其对半干旱旱地土壤有机碳的贡献潜力

来自中国的研究人员针对旱地植被恢复中维管植物与生物结皮共存系统的碳汇功能不确定性，通过原位碳通量测量结合13C-CO2脉冲标记实验，发现灌木冠层通过降低土壤湿度使生物结皮总初级生产力降低26%、生态系统呼吸降低13%，导致净碳释放量增加，并限制13C向深层土壤迁移。该研究揭示了冠层效应在碳预算中的关键作用，为优化旱地生态管理提供了科学依据。

　　

在退化旱地生态系统的植被恢复过程中，维管植物与生物结皮（biocrusts）的空间共存现象日益普遍，但这种空间结构对碳（C）封存潜力的影响机制尚未明确。虽然生物结皮在开阔微立地中被公认为土壤碳储库的重要贡献者，但其在维管植物冠层下方的生态功能长期被忽视。

本研究创新性地整合原位碳通量监测技术与¹³C-CO₂脉冲标记实验，定量解析了以黑沙蒿（Artemisia ordosica）为主导的半干旱生态系统中，灌木冠层对蓝藻-苔藓混合生物结皮碳同化与垂直传输过程的调控机制。

研究结果显示：在生长季期间，无论冠层存在与否，生物结皮覆盖的土壤均表现为净碳释放。但灌木冠层通过降低土壤湿度，显著抑制了生物结皮的总初级生产力（–26%）和生态系统呼吸（–13%）。这种碳固定能力的压制导致净碳释放量加剧——冠层下净生态系统交换量均值为1.27 μmol m^–2 s^–1，显著高于无冠层区域的1.19 μmol m^–2 s^–1。冠层下更低的δ¹³C富集程度以及向地下土壤传输的¹³C有限性，进一步证实冠层修饰的微生境会限制生物结皮来源碳对土壤碳库的贡献。

该研究揭示了灌木-生物结皮互作中存在功能权衡：灌木冠层虽通过缓冲环境胁迫促进生物结皮的长期存续，却会制约其短期碳输入效率。这些发现挑战了植物-生物结皮系统碳增益具有可加性的传统认知，强调在碳预算评估中必须纳入冠层效应。针对旱地广泛存在的灌木-生物结皮共存现象，研究者建议通过调控灌木性状来平衡结构稳定性与生物结皮的碳-养分表面输入，从而最大化二者的互补生态功能。