面对科学难题，北京“硬核”团队连获2项重磅成果，引发国际关注！

近日，北京林业大学生态与自然保护学院全球变化生态学科团队通过温带森林设置的长期控制地表凋落物和根系输入的实验平台，利用生物分子标志物技术在土壤有机碳形成机理的研究方面取得新进展，成果以“Differential effects of forest-floor litter and roots on soil organic carbon formation in a temperate oak forest”为题，发表在国际学术期刊Soil Biology and Biochemistry（中科院分区：一区Top）上。论文第一作者为生态与自然保护学院2019级博士研究生张雨雪，指导教师为生态与自然保护学院孙建新教授。

本研究从土壤有机碳的物理化学保护机制和土壤微生物的转化过程的视角，并结合生物分子标志物技术，主要探讨了森林地表凋落物和根系在土壤有机碳形成过程中的相对作用以及对土壤有机碳的相对贡献。

本研究发现森林地表凋落物输入同时增加了表层土壤的POC和MAOC含量和植物来源碳化合物的含量，而根系主要贡献了深层土壤木质素和表层土壤微生物源中性糖的含量，这主要是由于地表凋落物和根系在有机碳形成过程中具有不同的形成途径（淋溶、生物扰动和微生物过程）和空间分布（土壤深度）存在差异的原因导致的。研究表明土壤有机碳的形成过程往往表现出很大的时空异质性，未来对土壤有机碳循环的研究需同时考虑时间和空间尺度的协同变化。

本研究得到国家自然科学基金面上项目（Grant Nos.31870426和31470623）支持。主要结果如下图所示：

森林土壤有机碳形成和转化过程概念图示

土壤不同类型碳化合物之间的直接和间接关系

森林地表凋落物和根系对土壤不同形态有机碳贡献随土壤深度的分布图示

此外，北京林业大学生态与自然保护学院全球变化生态学科团队近日还在中科院一区TOP期刊Functional Ecology发表了以“Spatial assembly of grassland communities and interrelationships with productivity”为题的研究论文，揭示了草地植物空间聚集规则及其对生产力的影响。论文第一作者为2019级博士研究生程昌锦，指导教师为何念鹏研究员和孙建新教授。

植物群落结构与生态系统功能的关系一直是生态学界关注的焦点之一。过去几十年中，有大量学者开展了关于生态系统功能关系（BEF）的研究。然而，近些年来不少学者对BEF能否为我们应对全球变化提供有价值的信息提出了质疑。质疑的一个重要基础是，BEF的观测和控制实验的结果并不一致。尽管许多研究人员认为，在物种相互作用十分强烈的局域群落，多样性参数与群落动态的薄弱联系是BEF结果不统一的重要原因，但目前人们还并未找到合适的解决方案。

图1（A.B.C.D.E）草地群落邻域空间结构（ Ms com ）及其与生产力空间变异关联的理论框架、量化方法和科学假说

面对这一科学难题，北京林业大学生态与自然保护学院全球变化生态学科团队提出，可从植株个体邻域空间结构的视角重新审视群落结构与生产力的关系。理论上，对于固着的植物而言，植物之间的相互作用主要发生在其邻域空间尺度。因此，植株个体邻居的身份（同种或异种）将与群落动态及生产力密切相关（图1C）。

研究将每株检尺定位的方式应用于草地生态系统的野外样带调查，并采用多样带比较的方法探讨了黄土高原（LP）、蒙古高原（MP）和青藏高原（TP）草地群落的空间构建机制及其对地上净初级生产力（ANPP）的影响（图2）。在具体研究过程中，采用了物种隔离指数（ Ms com ）来量化群落尺度的种内/种间聚集状态，其值越大表明植株个体的邻居为不同物种的可能性越大（图1A）。基于ArcGIS的邻域分析工具确定每个植株个体邻近植株的身份（图1B）。

图2（a.b.c） 蒙古高原（MP）、黄土高原（LP）和青藏高原（TP）上的样带分布

研究结论验证了如下两个科学假设：（1）在海拔相对较低的温带草原（黄土和蒙古高原），更多的无性繁殖投入（RA）是种内聚集的主导因素（内源过程主导）；而在拥有极端环境条件的青藏高原，高强度的环境过滤效应导致的物种多样性差异主导了邻域空间结构的变异（外源过程主导）（图3）；（2）与物种和系统发育多样性相比，邻域空间结构（Mscom）对ANPP空间变异的影响更大（图4）。

图3（a.b.c.d） 生物（物种丰富度、繁殖分配）和环境因子（年降水、土壤综合指标）对物种空间隔离指数（Mscom）的独立和交互效应。RA：繁殖分配；SoilPCA1：土壤综合指标。

图4（a.b.c.d） 物种空间隔离指数（Mscom）和多样性（物种和系统发育多样性）对ANPP的相对影响

该研究受到国家自然科学基金（32201260，31988102，42141004），第二次青藏高原综合科学考察研究（STEP，2019QZKK060602）和国家科技基础资源调查计划（2019FY101300）的支持。

北京林业大学生态与自然保护学院是以生态学为基础、自然保护为特色的研究型学院。2019年9月由原自然保护区学院与林学院生态学科、微生物研究所组建，使得支撑以国家公园为主体的自然保护地体系建设的学科体系更为完整、更加系统，更好地对接山水林田湖草沙系统治理。学院有生态学、林学2个一级学科博士硕士学位授权点，下设森林生态学、湿地生态学、微生物生态学、修复生态学、全球变化生态学、野生动植物保护与利用、自然保护区学等7个二级学科。近5年来，学院承担了国家自然科学基金项目、973项目、863项目、国家科技支撑项目、国家重点研发项目、林业公益性行业专项等课题500余项。

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素材来源：北京林业大学绿色新闻网、生态与自然保护学院