鹤山站揭示森林演替调控土壤碳激发效应的微生物—矿物耦合机制

作者：鹤山站  更新时间：2026-06-24

      土壤有机碳作为陆地生态系统中最大的活跃碳库，其稳定性直接关系到森林的碳汇功能及对气候变化的反馈效应。外源新鲜有机碳的输入，往往会刺激或抑制原有土壤有机碳的分解，这一现象被称为土壤碳激发效应。该效应是决定土壤碳积累或损失的关键机制，然而，关于微生物代谢与矿物保护如何协同调控碳激发效应，目前学术界仍缺乏清晰的认识。
      中国科学院华南植物园鹤山站恢复生态学团队以我国南亚热带森林演替序列为研究对象，涵盖了马尾松林（演替早期）、针阔混交林（演替中期）和季风常绿阔叶林（演替后期）。研究团队结合13C同位素示踪培养实验，通过分别添加葡萄糖、草酸及二者的混合物，系统阐明了微生物能量供给、矿物结合态碳释放以及二者耦合作用对土壤有机碳激发效应的差异化影响。
      研究发现，不同类型的外源碳输入通过独特的途径调控土壤碳的命运：葡萄糖输入主要促进了微生物对外源碳的吸收与利用，显著提高了微生物的碳利用效率以及残体碳的形成，从而有利于新输入碳在土壤中的保留；草酸输入则通过削弱铁铝矿物对有机碳的结合力，释放了原本受矿物保护的土壤碳，提高了其生物可利用性，进而诱导了更强的正向激发效应，导致土壤有机碳的净损失。上述结果表明，土壤碳激发效应并非单纯由微生物活性所驱动，矿物保护对底物可及性的调控同样发挥着关键作用。
      进一步研究表明，森林演替显著重塑了微生物代谢与矿物保护之间的耦合关系：在演替早期土壤中：微生物受养分限制较强，而矿物保护作用相对较弱，葡萄糖与草酸的混合输入表现为拮抗效应。在演替中期土壤中：微生物的代谢能力有所增强，但矿物保护尚未充分固化，二者共同加速了原有土壤碳的分解，呈现出强烈的协同激发效应。进入演替后期森林后：随着矿物保护能力的显著增强，微生物—矿物的协同作用受到制约，土壤碳激发效应随之减弱。
      该研究提出，森林土壤有机碳的稳定性取决于微生物代谢需求与矿物保护能力之间的动态平衡。森林演替通过重塑微生物的碳利用策略、矿物结合态碳的稳定性以及二者的耦合关系，驱动了土壤碳由“微生物主导”向“矿物保护主导”的阶段性转变。这一发现为阐明森林演替过程中土壤碳激发效应的差异提供了全新的机制框架，也为预测森林恢复背景下土壤碳库的脆弱性与碳汇潜力提供了重要的科学依据。
      相关研究成果以“Secondary forest succession shifts soil carbon priming from microbial to mineral control through dynamic microbe–mineral coupling”为题发表于国际土壤学顶级期刊《Soil Biology and Biochemistry》。鹤山站博士后吴盼盼为论文第一作者，刘占锋研究员为通讯作者，江西农业大学毛瑢教授参与了部分研究工作。该研究得到了广东省科技计划项目和国家自然科学基金等项目的资助。
      论文链接： https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110232