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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 以南亚热带不同树种组配的人工林为研究对象，探索了树种丰富度和有无固氮树种存在对土壤有机碳化学稳定性的影响。
2. 从分子水平量化了水解性植物源脂类和木质素酚类对土壤有机碳化学稳定性的相对贡献。
3. 揭示了固氮树种的存在可以通过选择性保存某些关键水解性植物源脂类组分进而提高土壤有机碳化学稳定性。
01
研究背景
土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）化学稳定性是土壤碳库长期稳定固持的主要机制之一。一般来说，树种多样性的增加可以通过增加土壤中顽固性组分输入提高SOC化学稳定性。然而，也有研究观察到SOC沿树种多样性梯度的变化可能是由某些关键物种的存在引起的，因为更高的多样性会有更大的机会包含关键树种，这些树种可以通过特定的功能性状影响SOC化学稳定性。然而目前许多生态调查都未能将隐藏的树种特性效应从丰富度效应中区分开，而且树种功能特性影响SOC稳定性的分子机制不清。
植物源碳组分代表了植物群落与SOC化学稳定性之间的一个机制联系。木质素和水解性植物源脂类是主要的植物源碳组分，也是稳定碳库的主要贡献者。然而，水解性植物源脂类与木质素在调控土壤有机碳化学稳定性方面的相对贡献仍存在很大的争议。木质素是由苯丙烷单元组成的聚合物，经氧化铜氧化后可释放出不同的特征单体。植物脂类经水解后也可释放不同的化合物。已证明这些具有不同结构的化学组分对树种的响应存在差异，这反过来可能会影响木质素和脂类在稳定SOC中的作用。考虑到SOC复杂性以及碳化学属性在调节土壤碳封存的重要性，有必要从分子水平特征对木质素和水解性植物源脂类组分进行深入分析。
02
研究方法
研究区域位于广西凭祥中国林业科学研究院热带林业实验中心的不同树种组配的人工林试验平台，研究了树种丰富度（1, 2, 4, 6 种）和有/无固氮树种存在对南亚热带人工林SOC化学稳定性的影响，并利用生物标志物定量了土壤中植物源碳组分水解性脂类和木质素酚类含量，量化了不同植物源碳组分对SOC化学稳定性的相对贡献（图1）。
图1｜树种丰富度和固氮树种对土壤有机碳化学稳定性影响的概念图
03
研究结果
研究显示：树种丰富度对SOC化学稳定性指标土壤易氧化有机碳/总有机碳（EOC/SOC）无显著影响，但固氮树种的存在显著降低了EOC/SOC，表明固氮树种在驱动SOC化学稳定性方面可能比树种丰富度更重要。水解性植物源脂类和木质素酚类与EOC/SOC均显著负相关，但可水解性植物源脂类对EOC/SOC的相对贡献比木质素酚类更大，特别是在固氮树种存在时，这主要归因于固氮树种的引入增加了土壤氮有效性以及降低土壤中的真菌丰度，进而促进某些关键植物脂类组分(例如α, ω-烷二酸，不饱和脂肪酸等)的选择性保存。
图2｜树种丰富度和固氮树种对水解性植物源脂类组分的影响
图3｜树种丰富度和固氮树种对木质素酚类组分的影响
图4｜水解性植物源脂类和木质素酚类组分对土壤有机碳化学稳定性的相对贡献
图5｜树种丰富度和固氮树种对土壤有机碳化学稳定性影响的结构方程模型
Cite this article
Ye, X.D., Luan, J.W., Wang, H., Zhang, Y., Wang, Y., Liu, S.R., 2024. N-fixing tree species promote the chemical stability of soil organic carbon in subtropical plantations through increasing the relative contribution of plant-derived lipids. For. Ecosyst. 11, 100232.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100232
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100232
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