在国家自然科学基金、广东省科技计划等项目资助下，中国科学院华南植物园研究员刘占锋团队与江西农业大学毛瑢教授团队合作，揭示了森林演替过程中土壤碳激发效应的微生物-矿物耦合调控机制。相关成果近日发表于《土壤生物学与生物化学》（Soil Biology and Biochemistry）。

森林演替进程中微生物-矿物耦合调控土壤有机碳激发效应的概念框架与实证检验。研究团队供图

论文第一作者、中国科学院华南植物园博士后吴盼盼介绍，土壤有机碳是陆地生态系统中最大的活跃碳库，其稳定性直接影响森林的碳汇功能及其对气候变化的反馈响应。外源新鲜有机碳的输入往往促进或抑制原有土壤有机碳的分解，这一现象即土壤碳激发效应，是决定土壤碳积累或损失的关键过程。然而，微生物代谢活动与矿物保护作用如何协同调控该效应，目前尚缺乏清晰认识。

研究团队以南亚热带森林演替序列为对象，选取马尾松林（演替早期）、针阔混交林（演替中期）和季风常绿阔叶林（演替后期）三种林型，结合¹³C同位素示踪培养实验，分别添加葡萄糖、草酸及其混合物，系统比较了微生物能量供给、矿物结合态碳释放及二者耦合作用对土壤有机碳激发效应的差异化影响。

结果表明，不同类型外源碳通过不同途径调控土壤碳命运：葡萄糖输入主要促进微生物对外源碳的吸收利用，显著提高微生物碳利用效率和残体碳形成，有利于新输入碳在土壤中固存；草酸输入则通过削弱铁铝矿物对有机碳的结合力，释放原本受矿物保护的土壤碳，增加其生物可利用性，从而诱导更强的正向激发效应，导致土壤有机碳净损失。这说明，土壤碳激发效应并非仅由微生物活性驱动，矿物保护对底物可及性的调控同样发挥关键作用。

进一步研究发现，森林演替显著改变微生物代谢与矿物保护的耦合关系：演替早期土壤中，微生物受养分限制较强，矿物保护作用相对较弱，葡萄糖与草酸混合输入表现为拮抗效应；演替中期土壤中，微生物代谢能力增强而矿物保护尚未充分固化，二者共同加速原有土壤碳分解，呈现强烈的协同激发效应；演替后期森林中，矿物保护能力显著增强，微生物-矿物协同作用受到制约，土壤碳激发效应随之减弱。

该研究提出，森林土壤有机碳的稳定性取决于微生物代谢需求与矿物保护能力之间的动态平衡。森林演替通过重塑微生物碳利用策略、矿物结合态碳稳定性及二者耦合关系，驱动土壤碳由“微生物主导”向“矿物保护主导”的阶段性转变。这一发现为阐明森林演替过程中土壤碳激发效应的差异提供了新的机制框架，也为预测森林恢复背景下土壤碳库脆弱性及碳汇潜力提供了重要科学依据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110232