樹種多樣性增加可促進森林土壤有機碳累積。由于不同來源和化學特性的土壤有機碳組分在累積機制上存在差異，探討植物和微生物源有機碳如何響應植物物種多樣性，對深入理解土壤有機碳庫的形成及累積機制具有重要的意義。中國科學院亞熱帶農業生態研究所李德軍研究員團隊在廣西木論國家級自然保護區的成熟森林利用自然形成的樹種多樣性梯度建立了45個樣方，分別以木質素酚和氨基糖為分子標志物研究了樹種多樣性對土壤中植物源碳和微生物源殘體碳的影響，結合植物和土壤基本理化性質、土壤礦物以及微生物屬性，闡釋了樹種多樣性增加對不同來源有機碳累積的影響機制。
研究成果一：樹種多樣性增加促進土壤微生物殘體碳累積但不影響其對土壤有機碳庫的貢獻
以往針對植物物種多樣性促進土壤有機碳累積的機制多從植物凋落物輸入角度闡釋。微生物在土壤有機碳形成與維持方面起著重要作用，但很少有研究從微生物角度闡釋植物物種多樣性變化背景下土壤有機碳形成和累積機制。我們發現微生物殘體碳對土壤有機碳的貢獻平均為54.2 ± 22.2%，其中真菌殘體碳含量和貢獻均顯著高于細菌殘體碳（圖1）。樹種多樣性通過調節土壤和微生物特性顯著促進微生物殘體碳的累積，但對殘體碳在土壤有機碳中的比例沒有顯著影響。結構方程模型分析表明，樹種多樣性雖然顯著促進了土壤微生物活體生物量，但后者對微生物殘體碳累積沒有直接影響；樹種多樣性促進微生物殘體碳主要是通過增強鈣鎂礦物對殘體碳的保護作用（圖1）。
本研究以Increasing plant species diversity enhances microbial necromass carbon content but does not alter its contribution to soil organic carbon pool in a subtropical forest為標題發表于Soil Biology and Biochemistry（2023，187，109183）。已出站博士后錢宗耀為論文的第一作者，李德軍研究員為通訊作者。合作者包括李研妮（已畢業碩士）、杜虎副研究員和王克林研究員。研究得到了國家自然科學基金（U21A2007，42177250）、中國博士后科學基金（2021M693385）和廣西“八桂學者”項目支持。
圖1 樹種多樣性促進喀斯特森林土壤微生物殘體碳累積的機理示意圖
研究成果二：樹種多樣性增加促進土壤木質素累積的機制
植物源碳-木質素在土壤中的累積由多個過程決定，包括植物凋落物輸入、降解和保存。本研究發現木質素含量隨樹種多樣性的增加而增加，且受上述三條機制的調節（圖2）。首先，地下凋落物輸入（以細根生物量為指標）隨樹種多樣性的增加而增加，表明木質素的輸入量隨樹種多樣性相應增加。其次，礦物保護有助于增加土壤有機質的穩定，從而有助于木質素累積。樹種多樣性增加促進了土壤交換性Ca和Mg的水平，增強了對木質素的保護作用，也有助于土壤木質素累積。最后，樹種多樣性增加促進了土壤碳的可利用水平，微生物碳限制程度下降，微生物相應減少合成與分泌氧化酶以通過解聚木質素等多聚體有機質獲取碳源，從而對木質素的降解減少，最終有助于土壤木質素的累積。
本研究以High plant species diversity enhances lignin accumulation in a subtropical forest of southwest China為標題發表于Science of The Total Environment（2023，865，161113）。已出站博士后錢宗耀博士為論文的第一作者，李德軍研究員為通訊作者。合作者包括谷瑞（在讀碩士生）和高坤（在讀博士生）。研究得到了國家自然科學基金（U21A2007，42177250）、中國博士后科學基金（2021M693385）和廣西“八桂學者”項目支持。
圖2 樹種多樣性促進喀斯特森林土壤木質素累積的機理示意圖