李星志博士、常璐博士和張娟娟博士的研究成果分別發(fā)表在《Ecological Processes》、《Journal of Forestry Research》和《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》上
陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)是自然界重要的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程,與氣候變暖之間存在著重要的反饋關(guān)系,其內(nèi)部主要機(jī)制及關(guān)鍵過(guò)程對(duì)氣候變化的響應(yīng)是當(dāng)前全球變化研究的核心問(wèn)題之一,而凋落物分解在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡和物質(zhì)循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用。光降解近些年被證實(shí)為凋落物分解的另一關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素,對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)產(chǎn)生重要影響。在溫帶森林生態(tài)系統(tǒng),人為及自然干擾造成的冠層結(jié)構(gòu)變化(林窗)和樹(shù)種秋季落葉期差異(物候多樣性)均能夠顯著改變林下凋落物層所接受的光強(qiáng)和光譜組成。然而,凋落物分解特征及其養(yǎng)分周轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)對(duì)這種冠層光譜變化的響應(yīng)機(jī)制尚不清楚。
基于此,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所森林生態(tài)系統(tǒng)管理團(tuán)隊(duì)選擇溫帶森林闊葉樹(shù)種蒙古櫟和白樺的凋落葉作為試驗(yàn)材料,“秋季落葉開(kāi)始(積雪前一個(gè)月)”和“積雪開(kāi)始”兩個(gè)時(shí)間點(diǎn),分別在林下和林窗處凋落物進(jìn)行原位光譜濾除處理試驗(yàn)(圖1)。結(jié)果表明,積雪前一個(gè)月的太陽(yáng)輻射暴曬產(chǎn)生的光降解作用,對(duì)次年凋落物碳周轉(zhuǎn)具有正向的遺留效應(yīng),特別是在林窗處,碳釋放增加 16-19%(圖2)。該研究強(qiáng)調(diào)氣候及人為活動(dòng)干擾造成的落葉期/積雪覆蓋變化、冠層結(jié)構(gòu)變化,能夠決定森林生態(tài)系統(tǒng)碳收支平衡的走向未配對(duì)的括號(hào)或引號(hào)!Li et al. 2024,Ecological Processes未配對(duì)的括號(hào)或引號(hào)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)重復(fù)!


?????上述研究中短暫的秋季曝光產(chǎn)生顯著的遺留效應(yīng),但是值得注意的是處理間木質(zhì)素變化差異較小,為了探明這個(gè)問(wèn)題,研究團(tuán)隊(duì)采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)方法,分析了光降解對(duì)凋落物碳分子結(jié)構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明,太陽(yáng)輻射,尤其是藍(lán)光波段顯著改變了凋落物碳分子結(jié)構(gòu),通過(guò)直接降解大分子木質(zhì)素芳香族碳,降解為可溶性有機(jī)碳,增加多糖可用性,促進(jìn)淋洗及微生物分解,一定程度上解釋了光降解的作用機(jī)制(圖3,4)。該研究預(yù)測(cè)在未來(lái)氣候或人為干擾加劇下,大量的太陽(yáng)輻射通過(guò)破壞的森林冠層或林窗到達(dá)地表凋落物層,其光降解作用會(huì)產(chǎn)生更多易降解光產(chǎn)物并輸入至地下,造成土壤碳庫(kù)的穩(wěn)定性降低,減弱森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能(Chang et al. 2025 ,Journal of Forestry Research)。


為了豐富和發(fā)展凋落物分解理論,研究團(tuán)隊(duì)綜述了光降解的作用機(jī)理,主要包括光礦化、光抑制和光促進(jìn)效應(yīng),并歸納了其主要驅(qū)動(dòng)因素,比較了不同尺度上凋落物光降解對(duì)環(huán)境及氣候變化的響應(yīng)差異(圖5)。光降解對(duì)凋落物分解的影響程度與太陽(yáng)輻射特征、凋落物性狀、溫度、水分、微生物和植被覆蓋等因素密切相關(guān),多因素之間的相互作用使得光降解作用更加復(fù)雜。最后,甄別了凋落物光降解研究中存在的主要問(wèn)題,展望了未來(lái)的研究方向,著重強(qiáng)調(diào)需要深入探究光降解作用途徑及其內(nèi)在機(jī)制,量化光降解與環(huán)境因子交互效應(yīng),并對(duì)傳統(tǒng)碳周轉(zhuǎn)模型進(jìn)行優(yōu)化(張娟娟等. 2024 ,應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào))。?

Autumn sunlight promotes aboveground carbon loss in a temperate mixed forest.pdf
太陽(yáng)輻射對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)凋落物分解影響的研究進(jìn)展.pdf
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