土壤有机质是陆地最大的碳库，其动态是大气CO₂浓度的关键调节器。造林是重要的基于自然的气候解决方案，但其作为持久碳汇的长期成功取决于新固定土壤有机碳的持久性，这并非仅由碳数量决定，而是受其分子组成和土壤基质内相互作用网络调控。当前共识认为土壤有机质持久性是涌现的生态系统属性，由生物控制与矿物保护动态互作调控，而非单一分子结构决定。分子多样性和连通性产生的功能复杂性可控制分解速率，但造林如何影响这些分子特性仍不清楚，尤其在钙富集的喀斯特地区更为未知。近日，中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站李德军团队在这一领域取得新进展：研究揭示了在喀斯特地区，20年造林通过增加细根生物量和增强钙介导的矿物保护，显著促进了土壤有机质分子网络复杂性的提升。

         研究显示，与玉米地相比，造林显著重塑了表层土有机质分子组成，木质素衍生化合物相对丰度增加160%，多糖减少58%，反映了从作物残体向木本植物输入的转变。土壤有机质呈现明显的深度依赖格局，脂质和甾醇从表层到底层显著降低，而芳香族和含氮化合物显著增加，指示从植物来源向微生物来源的转变。造林显著增强了表层土和底层土的分子网络复杂性，人工林网络在节点数、边数和平均度上均显著高于玉米地，复合复杂性指数在表层土和底层土均显著提升，形成了更复杂的有机化合物互作网络。

         通过Mantel检验、随机森林模型和结构方程模型，研究团队揭示了造林促进土壤有机质复杂性的两条协同路径：其一，表层土中，造林通过刺激矿物保护、增加细根生物量改善植物碎屑输入、以及提升分子多样性间接促进复杂性，模型解释76%的变异；其二，底层土中，造林通过增加植物碎屑输入和矿物保护驱动的分子多样性提升复杂性，模型解释55%的变异。底层土以微生物来源化合物为主，为微生物碳泵机制提供了证据，造林虽未改变微生物来源碳的比例，但显著提升了其分子网络复杂性。

         本研究聚焦钙富集的喀斯特土壤，从分子水平证实了功能复杂性框架，提出在恢复生态系统中，复杂性提升是碳积累阶段的标志，由植物前体物与矿物基质保护能力的协同作用所驱动。这一发现强调了碳封存效能不仅取决于输入数量，更取决于土壤有机基质的复杂性，验证了造林作为退化喀斯特景观生态恢复工具的有效性。该成果已发表在《Land Degradation & Development》期刊，第一作者为谢添，标题为Afforestation Enhances Soil Organic Matter Complexity and Persistence: The Role of Root Inputs and Calcium-Mediated Stabilization in a Karst Region。

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结构方程模型图
展示了造林对表层土（a，0–15 cm）和底层土（b，30–45 cm）土壤有机质网络复杂性的直接和间接效应

（张乐    撰稿）