朱教君研究團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)在溫帶森林：遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站（清原森林站）、吉林長(zhǎng)白山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站（長(zhǎng)白山站）、東北林業(yè)大學(xué)尖砬溝森林培育實(shí)驗(yàn)站的研究發(fā)現(xiàn)（基于楊凱博士主持的優(yōu)青項(xiàng)目），叢枝菌根樹(shù)種具有相對(duì)易分解的凋落物，地表凋落層較?。幌喾?，外生菌根樹(shù)種具有相對(duì)難分解的凋落物，地表凋落物層較厚；土壤碳分布與凋落物碳變化則正好相反，但凋落物-土壤總的碳儲(chǔ)量為：以叢枝菌根樹(shù)種為主的林分高于以外生菌根樹(shù)種為主的林分達(dá)25%。上述研究結(jié)果的驅(qū)動(dòng)機(jī)制是什么？即，森林菌根介導(dǎo)的植物-土壤的碳積累到底發(fā)生了怎樣的變化？針對(duì)上述問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)基于在清原森林站的監(jiān)測(cè)與研究結(jié)果，通過(guò)收集3050組全球變化背景下森林生物量、土壤碳及相關(guān)因子數(shù)據(jù)（圖1），并進(jìn)行了系統(tǒng)分析，明確了氮沉降、二氧化碳倍增、增溫等全球變化因子對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)植物-土壤碳積累的影響，揭示了外生菌根和叢枝菌根植物-土壤碳分配策略對(duì)全球變化的響應(yīng)規(guī)律。
在氮沉降、二氧化碳倍增和增溫（全球變化因子）條件下，森林生態(tài)系統(tǒng)生物量增加了17.9%-31.4%。而土壤碳的變化與這些全球變化因子的關(guān)系則顯現(xiàn)出如圖2的變化：在二氧化碳倍增條件下，由于根系生物量、微生物活性等提高，森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲(chǔ)量增加了7.8%；而在氮沉降、增溫條件下，由于土壤酸化、激發(fā)效應(yīng)等影響，土壤碳輸入-輸出達(dá)到平衡，森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳無(wú)顯著變化。上述結(jié)果量化了全球變化下森林生態(tài)系統(tǒng)植物-土壤碳的變化程度，揭示了全球變化因子調(diào)控的植物-土壤碳固持機(jī)制。
圖1 全球變化下森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)因子研究地點(diǎn)分布圖
圖2森林生態(tài)系統(tǒng)生物量、土壤碳對(duì)全球變化強(qiáng)度的響應(yīng)
基于外生菌根和叢枝菌根樹(shù)種對(duì)養(yǎng)分的利用策略不同，以及菌根自身屬性對(duì)全球變化敏感性不同，進(jìn)一步將森林劃分為以外生菌根樹(shù)種為主的森林和以叢枝菌根樹(shù)種為主的森林。研究發(fā)現(xiàn)，森林樹(shù)種菌根類型是調(diào)控植物-土壤碳固持的關(guān)鍵要素（圖3）。在氮沉降、增溫下，盡管森林土壤碳無(wú)顯著變化，但不同菌根樹(shù)種占主導(dǎo)的森林土壤碳發(fā)生了顯著變化，即叢枝菌根樹(shù)種占主導(dǎo)的森林土壤碳顯著降低，而外生菌根樹(shù)種占主導(dǎo)的森林土壤碳則顯著升高，且不同菌根樹(shù)種森林的植物-土壤碳二者之間存在著權(quán)衡關(guān)系；如，與外生菌根樹(shù)種占主導(dǎo)的森林生物量相比，叢枝菌根樹(shù)種占主導(dǎo)的森林生物量增加更多。上述結(jié)果為準(zhǔn)確評(píng)估全球變化下森林生態(tài)系統(tǒng)碳積累提供了重要參考。
圖3 全球變化下森林菌根驅(qū)動(dòng)的植物-土壤碳權(quán)衡
本項(xiàng)研究揭示了全球變化下森林菌根驅(qū)動(dòng)植物 - 土壤碳權(quán)衡機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)完善全球森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和準(zhǔn)確估測(cè)碳匯具有重要意義。研究結(jié)果以 “Mycorrhizal type regulates tradeoffs between plant and soil carbon in forests” 為題，于 2023 年 11 月發(fā)表在 Nature Climate Change 期刊。沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所楊凱研究員和張乾博士研究生為共同第一作者，朱教君研究員為通訊作者。合作者還有沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所王琪琪博士研究生、高添研究員和美國(guó)克萊姆森大學(xué)（ Clemson University ）王高峰教授等。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目（ YSBR-037 ）、國(guó)家自然科學(xué)基金（ 32192435 ， 31922059 ）等項(xiàng)目資助。
