近日，福建三明森林生态系统国家野外科学观测站研究人员有关不同来源碳对长期森林恢复过程中不同深度土壤碳库积累的影响研究成果，以“ Lignin–microbial necromass carbon coupling drives the vertical stratification mechanism of deep soil carbon sequestration in subtropical forests”为题，发表于英国生态学会经典生态学期刊Journal of Applied Ecology (SCI一区Top, IF=6.1)。该成果是三明站生态恢复与全球变化研究课题组，基于此前发现马尾松林土壤有机质中50–70%来源于芒萁(Lyu et al., 2019; SBB)，以及树种混交可提升土壤有机碳储量与微生物残体碳（Deng et al., 2025; FEM）等成果，进一步提出：在亚热带长期森林恢复中，植物源与微生物源碳如何积累？这一过程在不同土层中又如何变化？
为回答上述问题，研究团队在前期研究的基础上，进一步选择由马尾松林、混交林、次生常绿阔叶林和老龄常绿阔叶林构成的、跨越180年以上的森林恢复时间序列作为研究对象。通过氨基糖与木质素酚分别定量微生物来源碳与植物来源碳的贡献，结合磷脂脂肪酸分析与土壤酶活性测定，系统探讨了调控不同深度土壤碳库积累的关键环境因子。我院生态恢复与全球变化研究课题组2022级自然地理学专业博士生姜永孟为论文第一作者，吕茂奎副研究员和谢锦升教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目和面上项目等资助。
森林恢复是影响全球土壤碳循环的关键过程。然而，关于垂直分层土壤碳动态——尤其是微生物介导的稳定化过程——如何调控恢复生态系统的长期碳汇潜力，目前认知仍存在空白。尽管我们已对亚热带恢复森林的植被演替及表层土壤有机碳动态有较深理解，但以下关键问题仍不明确：（1）在恢复过程中，不同深度土壤中微生物源碳与植物源碳的积累动态及其相互关系如何？（2）生物与非生物因子如何分别调控这些过程？
为此，研究团队采集了跨越180年恢复序列的针叶林、针阔混交林、次生常绿阔叶林与老龄常绿阔叶林的全剖面土壤样本（0–100 cm），通过测定微生物残体碳与木质素酚含量，识别出影响表层（0–20 cm）、亚表层（20–60 cm）和深层（60–100 cm）土壤碳固存变化的关键驱动因素。
研究发现：在长期森林恢复过程中，亚表层与深层土壤对有机碳总储量增加的贡献显著高于表层，这补充了传统上以表层碳库为核心的认知。通过对微生物残体碳与木质素酚的耦合分析发现，与表层相比，亚表层与深层土壤中微生物残体碳与木质素的积累虽相对滞后，但增长趋势更为显著。此外，不同深度土壤碳库的主导调控因子差异明显：表层碳库积累与植物源碳比例呈负相关，而亚表层和深层则与微生物源碳比例呈协同增长关系。
这种分层效应由各土层特有的环境条件（如养分限制、矿物保护等）驱动，而非全剖面普适机制。至关重要的是，深层土壤中木质素降解和微生物同化的耦合增强了MNC的稳定性，通过垂直解析的木质素-MNC，为“微生物碳泵”理论提供了实证证据。从机制上讲，木质素分布与微生物介导的释放和垂直迁移相关，而深度特异性的养分-微生物相互作用控制着MNC的积累。
这些发现共同构建了一个面向“精准生态修复”的三元框架：（1）通过缓解深层土壤养分限制，优先提升深层土壤碳固存；（2）通过优化树种混交比例以平衡木质素输入与微生物周转，引导植物–微生物碳耦合过程；（3）通过协同根系性状与微生物化学计量需求，优化碳在土壤剖面中的垂直分配。该研究重新定义了生态修复的策略思维，强调应全面调动土层特异性的生物地球化学过程，为实现全剖面土壤有机碳固存的最大化提供了科学路径。
图1 土壤有机碳储量和各土层碳库对1 m土壤碳库总储量的相对贡献
图2 不同土层中微生物残体碳含量和积累系数的变化
图3 不同土层中木质素总量和各木质素单体含量的变化
图4 森林恢复过程中整个土壤剖面的微生物残体、真菌残体、细菌残体和木质素降解程度之间的关系变化
图5 植物来源碳和微生物来源碳的占比与土壤有机碳储量之间的相关性
图6 环境因子对不同深度微生物残体碳和木质素以及碳库的影响
图7 森林恢复过程中不同深度土壤碳库积累示意图
原文链接： https://doi.org/10.1111/1365-2664.70215
