近日，中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所（以下簡稱“沈陽生態(tài)所”）研究團隊在陸地生態(tài)系統(tǒng)光降解研究領域取得了一系列重要進展。相關成果分別發(fā)表在《生態(tài)過程》《林業(yè)研究》和《應用生態(tài)學報》上，揭示了光降解在凋落物分解及碳循環(huán)中的關鍵作用，為全球氣候變化背景下的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究提供了新的理論依據(jù)。

 

近年來，全球氣候變化加劇，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及其對氣候變暖的反饋機制成為全球變化研究的核心課題。凋落物分解是碳平衡和物質(zhì)循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)，而光降解作為其重要驅(qū)動因素之一，對陸地生態(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)中，人為及自然干擾造成的冠層結(jié)構(gòu)變化（林窗）和樹種秋季落葉期差異（物候多樣性）會顯著改變林下凋落物層接受的光強和光譜組成，進而影響凋落物的分解過程。

 

基于此，沈陽生態(tài)所森林生態(tài)系統(tǒng)管理團隊以溫帶森林中的蒙古櫟和白樺凋落葉為研究對象，選擇了“秋季落葉開始（積雪前一個月）”和“積雪開始”兩個時間點，分別對林下和林窗處的凋落物進行處理。研究結(jié)果表明，積雪前一個月的太陽輻射暴曬產(chǎn)生的光降解作用，對次年凋落物碳周轉(zhuǎn)具有正向的遺留效應，特別是在林窗處，碳釋放增加16%~19%。

 

為進一步揭示光降解的作用機制，研究團隊采用傅立葉變換紅外光譜（FTIR）技術(shù)，分析了光降解對凋落物碳分子結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，太陽輻射，尤其是藍光波段，能夠顯著改變凋落物碳分子結(jié)構(gòu)，直接降解大分子木質(zhì)素中的芳香族碳，將其轉(zhuǎn)化為可溶性有機碳，增加多糖的可用性，促進淋洗和微生物分解過程。

 

該研究預測，隨著氣候變化和人為干擾的加劇，森林冠層的破壞或林窗的增多將使更多的太陽輻射到達地表凋落物層，其光降解作用會產(chǎn)生更多易降解光產(chǎn)物并輸入至地下，造成土壤碳庫的穩(wěn)定性降低，減弱森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能。

 

研究團隊還綜述了光降解的作用機理，發(fā)現(xiàn)光降解對凋落物分解的影響程度與太陽輻射特征、凋落物性狀、溫度、水分、微生物和植被覆蓋等因素密切相關，多因素之間的相互作用使得光降解作用更加復雜。

 

研究團隊強調(diào)，需要深入探究光降解作用途徑及其內(nèi)在機制，量化光降解與環(huán)境因子交互效應，并對傳統(tǒng)碳周轉(zhuǎn)模型進行優(yōu)化。

 

該系列研究由沈陽生態(tài)所李星志、常璐、張娟娟博士分別為第一作者，研究員王慶偉為通訊作者。