凋落物分解在維持森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、碳儲量及群落演替等方面具有不可替代的作用和地位。自德國學(xué)者Ebermayer于1876年首次報(bào)道森林凋落物研究成果以來，有關(guān)凋落物的研究逐漸較多，迄今已成為森林生態(tài)系統(tǒng)定位監(jiān)測中必不可少的內(nèi)容。森林凋落物從廣義上可分為葉片凋落物、死亡根系和倒木3部分。
然而，長期以來國內(nèi)外學(xué)者均較為關(guān)注葉片和倒木分解的研究，而忽視了根系分解。與季節(jié)性凋落的枯枝落葉相比，根系的死亡和分解在一年四季內(nèi)隨時(shí)發(fā)生，具有持續(xù)向土壤輸入養(yǎng)分的功能。越來越多的研究表明，根系及菌根的生長、死亡和分解是森林有機(jī)質(zhì)形成的主要途徑，其貢獻(xiàn)量要大于地上凋落物。然而目前對根系尤其是細(xì)根分解的研究非常薄弱。這在很大程度上限制了陸地生態(tài)系統(tǒng)生物地區(qū)化學(xué)循環(huán)模型的準(zhǔn)確性。
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所生態(tài)化學(xué)計(jì)量課題組孫濤博士以小興安嶺闊葉紅松林為研究對象，對闊葉紅松林內(nèi)35種木本植物的葉片和根尖（即一級根）進(jìn)行了長達(dá)6年的定位分解實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過為期6年的分解，大部分的葉片被分解（77%左右）。然而，根系先端、直徑較細(xì)的根尖盡管具有較高的氮含量和較低的木質(zhì)素含量，但是分解速率卻非常緩慢。經(jīng)過6年的分解，根尖僅僅分解了35%左右。研究人員結(jié)合細(xì)根周轉(zhuǎn)率及凋落物產(chǎn)量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)根尖及菌根對土壤穩(wěn)定性有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)要是地上葉片的1.6倍，是溫帶森林土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源。
同時(shí)，研究人員對分解的控制因素分析表明，與地上葉片分解的調(diào)控因素截然不同，氮含量及木質(zhì)素/氮均不能解釋不同物種間根尖分解速率之間的差異，而一些經(jīng)常被忽略的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物及次生代謝產(chǎn)物（酚及單寧酸）卻對細(xì)根分解速率起著主導(dǎo)作用。盡管這些碳屬性物質(zhì)在根系組織中的含量非常低，但是對細(xì)根卻發(fā)揮了至關(guān)重要的保護(hù)和防御功能，也正是這些物質(zhì)導(dǎo)致細(xì)根分解極其緩慢。該研究徹底顛覆了人們以葉片分解速率及其控制因素來推測根系分解的認(rèn)識，對于全球碳循環(huán)模型參數(shù)矯正以及全球碳循環(huán)變化預(yù)測具有重要意義。
上述結(jié)果以‘Contrasting dynamics and trait controls in first-order root compared with leaf litter decomposition’為題發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《PNAS》雜志。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)組孫濤博士為論文第一作者，王正文研究員為通訊作者。孫濤博士近年來一直在從事森林凋落物分解及根系生態(tài)學(xué)方面的研究，對我國東北溫帶森林凋落物分解進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，提出了次生代謝產(chǎn)物調(diào)控凋落物分解的假說。
該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院前沿局重點(diǎn)項(xiàng)目及國家自然科學(xué)基金的資助。
圖1. 不同菌根類型的葉片和根尖為期6年的分解過程
圖2. 細(xì)根分解調(diào)控因素概念圖
