森林生态系统中有机质的分解对于维持生态系统生产力和全球碳平衡至关重要。目前,研究主要集中在枯枝落叶的分解过程,而对根桩和整个根系的研究仍显薄弱。传统的人工林采伐方式通常会保留根桩在林地上,这些根桩的生物量在整棵树的总生物量中占据重要比例,尤其在温带森林中可达到18%左右。与枯枝落叶相比,根桩和粗根的分解速度较慢,养分释放也更为缓慢。相较于那些迅速分解的有机物质,粗根能够提供更为稳定的养分供应。然而,目前对它们在养分循环中的确切作用了解不足,并且其分解速率的主导控制因素仍不明确。
针对这一问题,中国科学院沈阳生态研究所孙涛研究员团队建立了迄今为止最全面的森林木本植物粗根分解数据库,分析了气候、化学组成、菌根类型和系统发育对粗根分解速率的影响。研究发现,粗根分解速率显著受气候和根系化学组成的影响,尤其是年均温度升高和氮磷浓度增加会加速分解速率。此外,菌根类型和系统发育特征也对分解速率起着重要作用,与外生菌根(EM)树种相比,丛枝菌根(AM)树种的粗根分解速率较高,而被子植物的粗根分解速率通常高于裸子植物。研究还发现,粗根分解速率与钙浓度之间存在显著的系统发育信号,进一步强调了植物类群的系统发育对分解速率的影响。气候、根系化学组成、菌根类型和系统发育特征共同解释了58%的分解率变化,其中气候对分解速率的影响最大,其次是根系化学组成、菌根类型和系统发育特征。
本研究系统揭示了菌根类型和系统发育对粗根分解速率的影响,为理解森林碳循环提供了新的视角。特别是在森林采伐与更新策略中,了解根桩与粗根的分解调控因子对于森林采伐管理以及土壤肥力提升等提供了实践参考。该成果以Patterns in coarse root decomposition of woody plants: effects of climate, root quality, mycorrhizal associations and phylogeny 为题,2024年12月份发表在New Phytologist 期刊。中国科学院沈阳生态所博士研究生凌珑为第一作者,孙涛研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等资助。
论文链接:https://doi.org/10.1111/nph.20365
图1. 菌根类型与叶生活型对物种粗根分解率的影响
图2.植物系统发育组对物种粗根分解率的影响
图3.气候、基质、菌根类型和系统发育组对粗根分解的影响