近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“沈陽(yáng)生態(tài)所”）研究團(tuán)隊(duì)在陸地生態(tài)系統(tǒng)光降解研究領(lǐng)域取得了一系列重要進(jìn)展。相關(guān)成果分別發(fā)表在《生態(tài)過(guò)程》《林業(yè)研究》和《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》上，揭示了光降解在凋落物分解及碳循環(huán)中的關(guān)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(lái)，全球氣候變化加劇，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及其對(duì)氣候變暖的反饋機(jī)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(guān)鍵環(huán)節(jié)，而光降解作為其重要驅(qū)動(dòng)因素之一，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)中，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）會(huì)顯著改變林下凋落物層接受的光強(qiáng)和光譜組成，進(jìn)而影響凋落物的分解過(guò)程。

 

基于此，沈陽(yáng)生態(tài)所森林生態(tài)系統(tǒng)管理團(tuán)隊(duì)以溫帶森林中的蒙古櫟和白樺凋落葉為研究對(duì)象，選擇了“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)，分別對(duì)林下和林窗處的凋落物進(jìn)行處理。研究結(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%。

 

為進(jìn)一步揭示光降解的作用機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)采用傅立葉變換紅外光譜（FTIR）技術(shù)，分析了光降解對(duì)凋落物碳分子結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)輻射，尤其是藍(lán)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(jī)碳，增加多糖的可用性，促進(jìn)淋洗和微生物分解過(guò)程。

 

該研究預(yù)測(cè)，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(yáng)輻射到達(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。

 

研究團(tuán)隊(duì)還綜述了光降解的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)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。

 

研究團(tuán)隊(duì)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。

 

該系列研究由沈陽(yáng)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。