Ecology Letters |马子龙副教授GROOT团队揭示森林土壤碳通量对各类干扰的响应机制

森林土壤碳通量包含自养（植物根系）和异养（土壤微生物和动物）呼吸向大气排放CO2的过程，是全球碳收支的重要组成部分。因此，其微小的改变可能极大的影响大气CO2浓度和全球气候变化。森林占据着地球陆地面积的30%并时刻面临着各种类型的干扰（disturbance），如气候变化、用地类型转变、森林经营管理、火灾等。然而，不同森林生态系统的土壤碳通量在面临各类干扰时将如何响应尚不清楚。基于全球380项相关研究的1240个观测数据，本研究系统量化了各类干扰对包括北方森林（boreal forest）、温带森林（temperate forest）、热带森林（tropical forest）及地中海森林（Mediterranean forest）土壤碳通量的影响（图1）。总体来看，大部分气候变化因子能够显著增加森林土壤碳通量，而其他类型干扰对森林土壤碳通量的影响呈现出异质性。在全球范围内，除干旱外，气候因素包括CO2升高、升温、降水增加平均导致森林土壤碳释放升高13%至25%。在土地利用类型转变中，森林向草地的转变导致土壤碳通量增加，而天然林向人工林转变导致土壤碳通量降低。森林经营管理措施所导致的有机碳输入的增加和减少分别能够升高和降低森林土壤碳通量。此外，火灾和酸雨也会导致森林土壤碳通量的降低（图2）。

研究发现，森林干扰对土壤碳通量的影响在不同的森林类型中表现出异质性（图3）。例如，在温带森林中，气候变暖对土壤碳通量的影响最强，这可能与气候变暖刺激微生物活性、落叶分解和光合作用以及改变植物物候有关。研究还发现，各类森林干扰能够显著改变土壤温度和湿度，进而调控相关干扰影响森林土壤碳通量的作用方向及作用强度（图3）。例如，气候变暖对土壤碳通量的正向影响随着土壤温度的增加而降低。然而，当土壤含水量下降到较低水平时，气候变暖对土壤碳通量的影响从正变为负，这可能与森林生态系统相关研究中所观察到的变暖增加蒸腾速率引起失水增加的负效应有关。在时间尺度上，火灾对于森林土壤碳通量的影响会随着时间的增加而逐渐降低。

研究结果为森林碳循环过程对各类干扰的响应提供了新的科学认知，并强调了地球系统模型应考虑由土壤温度和含水量介导的碳循环响应各类干扰的过程，以便更加准确地评估和预测森林生态系统碳收支。研究结果还表明，目前把土壤碳通量划分为自养和异养过程的研究相对较少，未来应增加此类研究以进一步揭示土壤碳循环对环境变化的响应机制。研究结果以“Meta-analysis shows forest soil CO2 effluxes are dependent on the disturbance regime and biome type”为题发表在国际生态学权威期刊Ecology Letters上。中山大学生态学院GROOT团队的马子龙副教授为论文的共同一作/通讯作者，团队博士生黄晨燕为参与者，感谢加拿大阿尔伯塔大学的Scott Chang教授（共同通讯作者），何芳良教授对本项目的帮助和支持。该研究受到国家自然科学基金青年项目和Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada等项目的资助。全文链接：https://doi.org/10.1111/ele.14201

图2不同干扰类型对土壤碳通量（FCO2）的影响

图3不同干扰类型对土壤碳通量的影响随着森林类型、土壤温度及土壤含水量的变化情况

【作者简介】

马子龙，中山大学生态学院副教授，博士生导师。

网页：https://eco.sysu.edu.cn/teacher/283

邮箱：mazlong@mail.sysu.edu.cn

 GROOT团队长期致力于探究气候变化、生物多样性流失以及用地类型改变对陆地生态系统碳循环关键过程（库和通量）的影响及相关机理，尤其关注生态系统地下过程（包括但不限于根系动态，根系微生物互作，土壤碳稳定性等）。研究手段包括控制实验、观测数据整合以及模型模拟；研究对象涵盖了森林、草地和农田生态系统。课题组长期招收硕士，博士，博士后，欢迎感兴趣的有志之士和青年才俊加入我们。

通讯员：黄晨燕