森林植被發(fā)育過程中，植物殘?bào)w基質(zhì)組成以及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)均相應(yīng)改變，導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體分布發(fā)生變化，從而對(duì)土壤有機(jī)碳固存和穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。因此，開展土壤團(tuán)聚體不同顆粒中有機(jī)質(zhì)的含量和降解程度的研究，對(duì)森林群落發(fā)育下土壤碳截獲過程和機(jī)制研究具有重要意義。土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性受植物根系生長周轉(zhuǎn)和真菌菌絲纏繞等因素影響，且根系和微生物亦調(diào)控著土壤有機(jī)質(zhì)的輸入和分解。近年來科研人員通過對(duì)全土和不同土壤組分中難降解化合物的分析，研究了不同植被類型對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)變化的影響。然而，對(duì)根系周轉(zhuǎn)、微生物組成、植物殘?bào)w化學(xué)組分和團(tuán)聚體分布之間的相互作用尚缺乏全面認(rèn)識(shí)。
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所界面生態(tài)組（張軍輝團(tuán)隊(duì)）以源自植物組織的木質(zhì)素作為特征指標(biāo)，以長白山闊葉紅松林5個(gè)發(fā)育階段土壤中大團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和粘粉顆粒為研究對(duì)象，采用CuO氧化法和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定了各土壤顆粒中木質(zhì)素酚類化合物的種類、數(shù)量和氧化程度。且結(jié)合根系生物量、周轉(zhuǎn)速率及微生物種類和數(shù)量等林地其它參數(shù)，采用空間替代時(shí)間的方法，系統(tǒng)分析了土壤團(tuán)聚體對(duì)植物源有機(jī)質(zhì)的保護(hù)作用隨闊葉紅松林發(fā)育的變化機(jī)制。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在先鋒樹種林地中，2-8 mm的大團(tuán)聚體占全土干重的45.17-59.87%，其有機(jī)碳含量為全土有機(jī)碳的40.22-60.89%。闊葉紅松成熟林土壤中小型大團(tuán)聚體（0.25-2 mm）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有機(jī)碳含量增加，且與其他林地相比，該林地全土和團(tuán)聚體中木質(zhì)素氧化程度較低（圖1）。在239年老齡林的全土中碳和木質(zhì)素含量達(dá)到最高，但其土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)最差，有56.18%的有機(jī)碳和84.17%的木質(zhì)素集中在粘粉顆粒中。結(jié)果表明，闊葉紅松林發(fā)育過程中，隨著植物殘?bào)w化學(xué)組成、細(xì)根生物量和周轉(zhuǎn)速率、微生物生物量的變化，土壤有機(jī)碳的固持和木質(zhì)素的保護(hù)作用逐漸從大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移至粘粉顆粒，從而促進(jìn)植被發(fā)育下有機(jī)碳的長期積累。本研究以木質(zhì)素作為橋梁，揭示了土壤團(tuán)聚體的碳固持與植被變化驅(qū)動(dòng)的植物殘?bào)w碳輸入之間的密切聯(lián)系。
研究結(jié)果以“Variation in soil lignin protection mechanisms in five successional gradients of mixed broadleaf-pine forests”為題于作為封面文章發(fā)表在Soil Science Society of America Journal（圖2）上。沈陽生態(tài)所馮月助理研究員為第一作者，河南大學(xué)韓士杰教授為通訊作者，沈陽生態(tài)所張軍輝研究員等為合作作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目的支持。
圖1 闊葉紅松林發(fā)育各階段林地全土和團(tuán)聚體顆粒中木質(zhì)素酸醛比（a）和木質(zhì)素不同酚類單體比值（b）。
圖2 土壤學(xué)期刊Soil Science Society of America Journal第84卷、第1期封面，所選圖片為先鋒樹種林地。
