本网讯 （通讯员 李芮 黄文娟）近日，我校水利与环境学院水利工程流动站博士后刘圣恩在森林生态系统的固碳机制方向上取得一系列重要进展，四篇创新成果分别刊登在国际“环境生态学”“土壤学”和“林学”经典期刊上，且分区均为中科院一区。刘圣恩博士为这些成果的第一作者或通讯作者，水利工程流动站是刘圣恩博士的第一署名单位。

森林生态系统是陆地生物圈的主体，由于其巨大的碳库和较高的生产力，在调节全球碳平衡、减缓大气CO₂等温室气体浓度上升以及维持全球气候稳定等方面具有不可替代的作用。相较于能源和产业升级，增加森林生态系统碳贮量被普遍认为在减缓气候变化背景下最为经济有效的固碳途径。森林生态系统最重要的固碳途径为“生物固碳”，主要包括植被固碳和土壤生物固碳。然而植物多样性和地下生物多样性在森林生态系统固碳中的相对贡献和驱动机制仍然不够清晰。我校水利工程流动站博士后刘圣恩（陈迪马课题组）近2年来围绕这一课题开展了深入研究，并于最近取得了一系列重要进展。主要进展如下：

进展1：依托“中国森林生态系统野外定位站研究网络”从尖峰岭到大兴安岭沿着4200 km的纬度范围进行地上地下采样和调查，并且采用年均温为变温的培养方法测定土壤呼吸收率。在此基础上比较了不同森林类型土壤微生物代谢熵（MMQ）的差异，探讨了气候，植被属性和土壤微生物多样性在碳分解中的作用。结果显示：高纬地区MMQ要远高于低纬地区（图1），并且针叶林MMQ要高于阔叶林和针阔混交林。表明低纬地区森林土壤微生物长期的热适应会导致更少的土壤碳排放。此外气候在热带和亚热带森林主要是通过调节土壤细菌多样性，有机碳含量和铵态氮含量来影响MMQ，而在温带森林主要是通过调节真菌多样性和植物属性来影响MMQ。研究成果于2023年以Temperature legacies predict microbial metabolic quotient across forest biomes为题发表于国际生态学经典期刊《全球生态与地理学》Global Ecology & Biogeography（中科院1区，A级，IF₅=8.0）第1期上，刘圣恩博士为第1作者。

图1：大陆尺度森林土壤MMQ分布特征（a）及其在不同气候区森林类（b）中的分布差异及大陆尺度森林和不同气候区森林土壤微生物生物量和多样性与MMQ之间的关系

进展2：探讨了120年的森林演替过程中植被和土壤生物多样性与生态系统多功能尤其是固碳功能之间的联系。比较了乔木层和林下植被对生态系统多功能维持上的相对作用。结果表明：灌层树种的多样性越高越有利于抑制土传病害而林下植被多样性越高对土壤养分循环，地上生产力和菌根关系的维持作用更强。此外生态系统多重功能明显的在二维平面轴上进行展示，前两轴的解释率高达75.4%。其中第一轴表征植物生产力和碳储量，与演替林龄明显正相关。第二轴主要表征养分循环和病原菌的抑制能力，与演替林龄呈现明显的单峰变化特征。这些结果表明植被恢复过程中林下植被在老龄林生态系统多功能维持中发挥的作用。相关研究成果于2022年11月以Understorey biodiversity supports multiple ecosystem services in mature Mediterranean forests和Plant and soil biodiversity is essential for supporting highly multifunctional forests during Mediterranean rewilding为题发表于国际土壤学顶级期刊《土壤生物与生化》Soil Biology and Biochemistry（中科院1区，A级，IF₅=10.0）和《功能生态学》Functional Ecology（中科院1区，A级，IF₅=6.6）上。刘圣恩博士在这两项研究中分别为共同通讯作者和共同作者。

图2：不同树种组成下土壤生物类群组成的差异及其对生态系统多功能的维持作用

进展3：以203个树种叶凋落物为研究对象，探究凋落物性状-分解联系（litter trait-decomposition linkage）的时间动态，发现凋落物性状对凋落物的后期分解具有更高的预测能力；凋落物不同类型性状（养分相关性状、C相关性状和物理性状）对凋落物分解影响的相对重要性随着凋落物分解的进行发生转变，并且受到植物功能型的强烈调节。本研究结果强调了在评估凋落物性状对凋落物分解的影响时考虑时间动态和植物功能型的重要性。相关研究结果于2022年11月以"Temporal shifts in the explanatory power and relative importance of litter traits in regulating litter decomposition"为题发表在国际农林科学主流期刊《森林生态系统》（Forest Ecosystems）（中科院1区，B级，IF₅=4.5）上。刘圣恩博士为该研究共同通讯作者。

图3：203个树种叶物理，化学和养分性状对凋落叶分解的相对作用

进展4：以中国东部28个典型森林样地为研究对象，探讨了土壤微生物残体及其组分的水平空间分布格局和关键控制因素。结果发现，真菌残体对土壤有机碳的贡献（30.0%）高于细菌残体（15.5%）。且细菌残体和总微生物残体对土壤有机碳贡献随纬度升高而降低，且发现年均温是调控细菌残体对土壤有机碳贡献的水平空间分布格局的主导因子，而土壤有机碳和碳氮比是真菌残体对土壤有机碳贡献水平空间分布格局的直接驱动因子。本研究表明土壤微生物残体是森林土壤有机碳库的重要来源，且细菌和真菌残体对土壤有机碳贡献呈现不同的纬度模式，在后续碳循环模型中应当考虑土壤微生物残体的重要贡献。研究成果以Mean annual temperature and carbon availability respectively controlled the contributions of bacterial and fungal residues to organic carbon accumulation in topsoil across China's forests为题，于2022年发表在国际生态学经典期刊《全球生态与地理学》（Global Ecology and Biogeography）（中科院1区，A级，IF₅=8.0）第12期，刘圣恩博士为该研究共同作者。

图4：细菌和真菌残体对土壤有机碳贡献的驱动机制的概念模型

这些成果有利于我们对森林生态系统碳汇功能的准确评估、也提升了我们服务于碳中和战略目标的能力。上述工作得到了国家自然科学基金重点项目（31830015）、国家自然科学基金面上项目（32171752）、青年项目（32101491）以及中国博士后基金特别项目（2022 T150375）和面上项目（2021M701968）的资助。