揭示喀斯特植被恢復土壤有機質微生物協同機制

中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站王克林研究員和張偉研究員團隊在喀斯特植被恢復背景下土壤有機質積累的微生物調控機制研究方面取得新進展，相關成果于12月23日發表在Soil Biology and Biochemistry上。

土壤有機碳形成影響碳匯、生態系統多功能性以及陸表系統對氣候變化的響應和反饋。在高強度耕作擾動向大規模植被恢復轉變背景下，喀斯特區損耗的土壤有機質庫逐漸恢復，可利用資源的變化也影響地下微生物群落。然而，植被恢復如何影響微生物群落結構和功能以及這種變化是否會進一步影響土壤有機質積累，目前尚不清楚，這制約了喀斯特生態系統碳匯潛力評估以及高效固碳增匯人工干預技術研發。

在王克林、張偉研究員的指導下，團隊以黔桂喀斯特南北樣帶為研究區，以生態工程實施15年后的人工林和自然恢復林為研究對象，以對應區域長期受耕作干擾的耕地和約60年未受干擾的次生林為參照，分析與土壤有機質積累密切相關的6個關鍵指標及土壤微生物群落結構特征。基于單參數法、平均值法、單閾值-多閾值法三種相互獨立但互補的方法全面評估了植被恢復前后土壤有機質積累特征，進一步從群落水平和門水平量化微生物生活史策略，結合隨機森林和結構方程模型構建土壤有機質積累與微生物之間的聯系。

結果發現，人工林和自然恢復林土壤有機質自然增長量顯著高于耕地（分別增加47%和60%），但仍低于次生林。同時，植被恢復降低了土壤有機質及相關指標對區域溫度變化的敏感性；植被恢復后，富鈣土壤提高了碳庫穩定性，降低了細菌多樣性，促進細菌群落由r-策略轉向K-策略；而K-策略主導的細菌群落促進了土壤有機質積累，在維持土壤固碳功能高水平運作時其協同關系尤為緊密。

研究進一步表明，以K-策略為主導的細菌群落碳氮利用效率高，有利于土壤有機質積累，而有機質在富鈣土壤中的積累和穩定又促進K-策略微生物的生存和競爭。鈣-微生物-有機質三者之間的協同關系為研發功能微生物和碳酸鈣耦合調控喀斯特土壤固碳增匯技術提供了理論依據。

該研究得到了國家自然科學基金重點基金、區域聯合重點基金等項目的資助。